环球播报:从砂到芯:芯片的一生

抛光片生产环节包含拉晶、滚圆、切割、研磨、蚀刻、抛光、清洗等工艺;


(相关资料图)

相对于其他工艺过程,每片晶圆的每道工艺只需1美元,外延生长每片晶圆大约需要20~100美元,所以外延工艺是集成电路制造中最昂贵的工艺过程之一[7],外延片主要为在抛光片的基础上进行外延生长;

SOI片主要采用键合或离子注入等方式制作。[6]

计算光刻:实际生产中很难让每次光刻模式都完全正确,每一次光刻过程中都可能会发生颗粒干扰、折射或其它物理/化学缺陷,为了得到确切图案,就需要通过将算法模型与系统和测试晶圆数据相结合,这个过程被称作计算光刻;[27]

对焦性能:光刻机中核心部件就是镜头,这并非一般镜头,而是高至2m、直径1m的庞大镜头,这些镜头的对焦性能是成像质量和产品良率的关键,随着芯片线宽不断缩小,加之二次成像(DP)光刻工艺应用越来越多,对光刻机对焦性能要求越来越严苛;[28]

工艺优化:制程节点每前进一步,都会伴随大量工艺优化,比如说,制程工艺从20nm/16nm/14nm开始,设计规则周期已小于光刻机分辨率极限,此时光刻机开始采用双重或多重曝光技术、光源掩模协同优化、负显影工艺等工艺;浸没式光刻技术虽然支持了45nm/40nm、32 nm/28nm、20nm/16nm/14nm、10nm和7nm五个主要技术节点[29],但从5nm开始,到3nm、2.1nm甚至1nm,大多数中后段层次和前段的鳍和栅极的剪切层次都开始采用极紫外光刻工艺实现。[30]

PVD:150mm硅片时期多以单片单腔室形式为主,而后溅射设备逐渐取代了真空蒸镀设备,随IC技术发展,更多技术引入到磁控溅射设备中,射频PVD设备和离子化PVD设备也同步得到发展;

CVD:微米时代,多采用常压化学气相沉积设备(Atmospheric Pressure CVD,APCVD),亚微米技术主流设备则是低压化学气相沉积设备(Low Pressure CVD,LPCVD),90nm以后等离子体增强化学气相沉积设备(Plasma Enhanced CVD,PECVD)扮演主要角色,65nm以后原子层沉积(Atomic Layer Deposition,ALD)需求量不断提升。[41]

在硅片制造过程:清洗抛光后的硅片,保证表面平整度和性能,提高后续工艺的良品率;

在晶圆制造过程:在光刻、刻蚀、沉积、离子注入、去胶等关键工序前后清洗,减小缺陷率;

在芯片封装过程:根据封装工艺进行TSV清洗、UBM/RDL清洗、键合清洗等。

检测设备:用于检测晶圆表面缺陷(包括异物缺陷、气泡缺陷、颗粒缺陷等),分为明/暗场光学图形图片缺陷检测设备、无图形表面检测设备、宏观缺陷检测设备等;

量测设备:用于测量透明/不透明薄膜厚度、膜应力、掺杂浓度、关键尺寸、光刻套准精度等指标,对应设备分为椭偏仪、四探针、原子力显微镜、CD-SEM、OCD-SEM、薄膜量测等。[62]

第一类是以工业气体为主营业务,产品覆盖到部分品种电子气体,代表公司有华特气体、金宏气体;

第二类是专注深耕电子特气的公司,代表公司有派瑞特气、昊华科技、华宇同方;

第三类是电子材料平台型公司,除电子气体外,业务还涉及其它电子材料,代表公司有雅克科技、南大光电。[87]

通用湿电子化学品是制造工艺中被大量使用的液体化学品,一般为单成份、单功能化学品,如氢氟酸、硫酸、氢氧化钠、氢氧化钾等;

功能湿电子化学品是满足制造特殊工艺需求的复配类化学品,如显影液、剥离液、蚀刻液、稀释液、清洗液等。[92]

超高纯铝及其合金是目前使用最广泛的半导体芯片配线薄膜材料之一;

超高纯钛主要作为阻挡层薄膜材料之一,钛靶材及环件与超高纯钛靶材配套应用于130nm~5nm工艺;

超高纯钽是阻挡层薄膜材料,钽靶材及环件应用于90nm~3nm等最尖端工艺中;

超高纯铜及铜锰、铜铝合金靶材是目前使用最广泛的先端半导体导电层薄膜材料之一,铜及铜合金作为导电层通常用于90nm~3nm技术节点的先端芯片中。[96]

封装基板:日韩企业市占率将近达到90%,国内主流基板厂包括深南电路、珠海越亚、兴森科技、丹邦科技;

引线框架:三井高科、新光电器、SDI、ASM、长华科技、HDS、宁波康强几家企业市占率分别为12%、10%、9%、9%、8%、7%、4%,国内企业主要包括宁波康强、宁波华龙、厦门永红、广州丰江微电子、深圳富美达、无锡华晶利达、济南晶恒山田、泰州市永志、宁波埃斯科光电、四川金湾电子、天水华洋、天水华天、泰州东田、铜陵丰山三佳等,虽然企业较多,但依然没有形成产业集群,且技术落后;

键合丝:日本田中贵金属、新日铁、德国贺利氏、韩国MKE、Heesung等国际厂商占据主要市场,国内键合丝生产企业共有二十几家,代表企业为贺利氏、田中等,但缺乏对于新技术的掌控力;

塑封材料:95%以上集成电路都使用塑料封装,而其中又有97%以上都是环氧树脂,塑封材料日本住友电木、日立化成、京瓷化学、信越化学、松下电工、韩国三星Cheil占据主要市场,国内拥有二十几家塑封料生产商,但缺乏高端产品。[13]

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