Каковы три основные категории материалов в цепочке производства полупроводников?

Полупроводник — это материал, обладающий электропроводностью между проводником и изолятором при комнатной температуре, который играет жизненно важную роль в области науки, техники и экономики. По классификации полупроводники можно разделить на интегральные схемы, дискретные устройства, оптическую оптоэлектронику и датчики, среди которых наибольшая доля, более 80%, приходится на интегральные схемы; Остальное занимают дискретные устройства, оптоэлектроника и датчики, которые в совокупности называются D-O-S. Подразделенные на конкретные продукты, интегральные схемы можно разделить на цифровые и аналоговые микросхемы, цифровые схемы включают в себя логические микросхемы, память и микропроцессоры, аналоговые микросхемы в основном включают в себя микросхемы управления питанием и сигнальную цепь.

Ссылка на источник 1

С точки зрения материалов, существует три основные категории материалов, связанных с полупроводниковой промышленностью:

1. матричные материалы; 2. материалы изготовления; 3 упаковочных материала.

Ссылка на источник 2

1. Материал матрицы

Кремниевая пластина

В зависимости от различных материалов чипа он делится на кремниевую пластину (полупроводник первого поколения) и составной полупроводник. Среди них кремниевая пластина является наиболее широко используемой и наиболее важным сырьем в процессе производства ИС. Все кремниевые пластины представляют собой монокристаллические кремниевые пластины, а чистота кремниевых материалов, применяемых в силовой электронике, выше, обычно требуется чистота более 11N.

Полупроводниковое химическое соединение 

Сложный полупроводник в основном относится к арсениду галлия (GaAs), фосфату индия (InP), нитриду галлия (GaN) и карбиду кремния (SiC), а также другим полупроводникам второго и третьего поколения по сравнению с одним полупроводником первого поколения (например, кремнием (Si ), полупроводник германия (Ge), составной полупроводник в высокочастотных характеристиках, при высоких температурах многие превосходны.

Первое поколение: применение кремния и германия способствует развитию цифровых схем и смежных отраслей, нынешним репрезентативным продуктом является кремний; второе поколение: применение арсенида галлия и фосфата индия способствует развитию ряда отраслей, таких как связь; третье поколение: применение полупроводниковых материалов, таких как нитрид галлия и карбид кремния, что напрямую способствует развитию ряда отраслей, таких как полупроводниковое освещение, дисплеи и электромобили.

Направление горячих точек полупроводников третьего поколения

2. Материалы изготовления

Полировальный материал

Полирующие материалы в полупроводниках обычно относятся к материалам, используемым в процессе химико-механической полировки ХМП. Полировка CMP — ключевой процесс для достижения глобального равномерного сплющивания пластины.

Полировальные материалы можно разделить на полировальную подушечку, полировальную жидкость, регулятор и очиститель, среди которых наиболее важными являются первые два. Материал полировальной подушечки обычно представляет собой полиуретан или полиэстер с добавлением насыщенного полиэстера, полирующая жидкость обычно состоит из сверхтонких твердых абразивных частиц (таких как наноразмерный диоксид кремния, частицы оксида алюминия и т. д.), поверхностно-активного вещества, стабилизатора, окислителя и т. д.

Фоторезист 

Фоторезист, также известный как фоторезист, представляет собой смешанную жидкость, чувствительную к свету. В его состав входят: фотоинициаторы (в том числе фотосенсор, фотогенная кислота), фоторезистивная смола, мономер, растворитель и другие добавки. Фоторезист может переносить необходимую мелкую графику с фотомаски (маски) на подложку для обработки посредством фотохимических реакций и процессов фотографии, таких как экспонирование и проявление. В зависимости от сценария использования обрабатываемая подложка может представлять собой материал интегральной схемы, материал панели дисплея (ЖК-дисплей) или печатную плату (PCB). Его можно охарактеризовать фоторезистом, который можно разделить на позитивный фоторезист и негативный фоторезист.

С точки зрения технической сложности: фоторезист печатной платы

Химические вещества микроэлектроники, относящиеся к фоторезисту, представляют собой область пересечения электронной промышленности и химической промышленности, которая является типичной наукоемкой отраслью. Для занятия химическим бизнесом в области микроэлектроники требуются ключевые производственные технологии, соответствующие передовому развитию электронной промышленности, такие как технологии смешивания, технологии разделения, технологии очистки, технологии анализа и контроля, технологии очистки окружающей среды и мониторинга, соответствующие производственному процессу. Технические барьеры фоторезиста включают технологию рецептуры, технологию контроля качества и технологию сырья. Технология формул является основой функции фоторезиста, технология контроля качества может обеспечить стабильность характеристик фоторезиста, а высококачественное сырье является основой характеристик фоторезиста.

Маска

Эта отрасль также известна как световая маска, фотомаска, литографическая маска. Материалы: кварцевое стекло, металлический хром и светочувствительный клей. Изделие выполнено из кварцевого стекла в качестве подложки, на которую нанесен слой металлического хрома и фотополимера, который становится светочувствительным материалом. Разработанная схематическая графика подвергается воздействию фотополимера с помощью электронного лазерного оборудования, а экспонированная область будет обработана для формирования схемной графики на металлическом хроме для формирования фотомаски, аналогичной фотомаске экспонированного негатива, которая затем наносится на интегральные схемы. для проецирования и позиционирования, а фототравление проецируемых схем выполняется с помощью фотолитографической машины с интегральными схемами. Затем он применяется для проектирования позиционирования интегральных схем и фототравления проектируемых схем с помощью фотолитографической машины интегральных схем, а процедуры его производства и обработки включают в себя: экспонирование, проявление, фотополимеризацию и, наконец, применение к фототравлению.

Фотография является основной технологической частью полупроводников.

Мишени для распыления

Исходный материал, приготовленный путем напыления пленки, также известный как мишень для распыления, особенно мишень для распыления высокой чистоты, используемая при физическом осаждении из паровой фазы (физическое осаждение из паровой фазы), процессе производства PVD-компонентов, является ключевым материалом для подготовки пластины, панели, солнечные элементы и другая поверхностная электронная пленка. В состоянии вакуума поверхность твердого тела бомбардируется ускоренными ионами, и атомы обмениваются импульсом, так что атомы на поверхности твердого тела покидают твердое тело и осаждаются на поверхности подложки, образуя необходимую пленку. Этот процесс называется распылением. Бомбардируемое твердое вещество является исходным материалом для нанесения пленки, часто называемой мишенью.

Однокомпонентное устройство полупроводникового чипа состоит из подложки, изоляционного слоя, диэлектрического слоя, проводящего слоя и защитного слоя, среди которых в процессе нанесения покрытия методом напыления используются средний слой, проводящий слой и даже защитный слой. Мишени для покрытия в области интегральных схем в основном включают алюминиевую мишень, титановую мишень, медную мишень, танталовую мишень, вольфрамовую и титановую мишень и т. д., а целевой материал требует высокой чистоты, как правило, выше 5N (99,999%).

Влажные химикаты

Влажные химикаты для электроники, также широко известные как сверхчистые реагенты высокой чистоты, относятся к различным химическим реагентам высокой чистоты, используемым в процессе производства полупроводников. По назначению можно разделить на общие химические вещества и функциональные химические вещества, среди которых общие химические вещества обычно относятся к чистым химическим растворителям высокой чистоты, таким как деионизированная вода высокой чистоты, плавиковая кислота, серная кислота, фосфорная кислота, азотная кислота и другие распространенные реагенты. .

В процессе производства пластин химические растворители высокой чистоты в основном используются для очистки частиц, органических остатков, ионов металлов, слоев природных оксидов и других загрязняющих веществ. Функциональные химические вещества относятся к химическим веществам формулы, которые выполняют специальные функции и отвечают особым технологическим требованиям в производственном процессе, например, раствор для проявки, раствор для удаления, чистящий раствор, раствор для травления и т. д., которые часто используются при травлении, напылении и других процессах. ссылки.

Электронный специальный газ

Специальный электронный газ относится ко всем видам специальных газов, которые необходимо использовать в процессе подготовки полупроводниковых чипов. По химическому составу газ можно разделить на газ общий и газ специальный. Кроме того, в зависимости от использования его можно разделить на легирующий газ, эпитаксиальный газ, газ для инжекции ионов, газ для светоизлучающих диодов, травильный газ, газ для химического осаждения из паровой фазы и балансовый газ. Подобно реагентам высокой чистоты, специальный электронный газ также предъявляет очень высокие требования к чистоте газа, в основном требуя, чтобы содержание примесей ppt было ниже установленного уровня. Это связано с тем, что размер схемы ИС достиг наноуровня, любые следы остаточных примесей в газе могут вызвать короткое замыкание полупроводника или повреждение линии.

3. Упаковочный материал

Полупроводниковая упаковка — это процесс, в ходе которого тестируемые пластины обрабатываются для получения независимого чипа в соответствии с моделью продукта и функциональными требованиями. Материалы, необходимые для всего процесса упаковки, в основном включают материалы для склеивания чипов, керамические упаковочные материалы, соединительную проволоку, выводную рамку, упаковочную подложку, режущие материалы и так далее.

Переплетные материалы

Связующий материал — это материал, в котором используется технология склеивания для соединения сердцевины трубы с основой или упаковочной подложкой. С точки зрения физических и химических свойств он должен отвечать требованиям высокой механической прочности, стабильных химических характеристик, проводимости и теплопроводности, низкой температуры отверждения и высокой работоспособности. В практическом применении основные технологии склеивания включают технологию склеивания серебряной пастой, технологию склеивания стекла с низкой температурой плавления, технологию проводящего клея, технологию склеивания, технологию эпоксидного клея и технологию сокристаллической сварки.

Упаковочная подложка

Упаковочный материал в основном играет роль защиты чипа и подключения нижней печатной платы. Полный чип состоит из голого чипа и корпуса. Подложка упаковки может защищать, фиксировать и поддерживать чип.

Упаковочный субстрат можно разделить на органический, неорганический и композитный, с преимуществами и недостатками в различных областях упаковки. Органический субстрат имеет низкую диэлектрическую постоянную и прост в обработке, подходит для передачи высокочастотных сигналов с низкими требованиями к теплопроводности; неорганическая подложка с керамической основой, хорошая термостойкость, простота подключения и стабильность размеров, но ограниченная стоимость и токсичность материала; Композитная подложка представляет собой различные органические и неорганические материалы в соответствии с различными характеристиками спроса.

Керамические упаковочные материалы

Керамический упаковочный материал — это разновидность электронного упаковочного материала, используемого для механической поддержки, герметизации окружающей среды, рассеивания тепла и других функций. По сравнению с металлическими упаковочными материалами и пластиковыми упаковочными материалами керамические упаковочные материалы обладают хорошей влагостойкостью, хорошей скоростью линейного расширения и теплопроводностью, чрезвычайно стабильной работой в электротермическом оборудовании и других аспектах, но высокой стоимостью обработки и высокой хрупкостью.

Раскрой материалов

Нарезка пластин — это важный процесс в процессе производства полупроводниковых чипов, который является последним процессом в производстве пластин. Вся пластина чипа разделена на один чип (матрицу) в зависимости от размера чипа, который называется срезом пластины.

Самые ранние пластины были скрайбированы (разрезаны) с помощью скрайб-системы, и сейчас этот метод по-прежнему занимает большую долю мирового рынка стружкорезки, особенно в области скрайбирования пластин без интегральных схем. Метод нарезки алмазной пилы (шлифовального круга) является распространенным методом нарезки пластин. Новый тип лазерной резки пластины относится к бесконтактной обработке, которая не оказывает механического воздействия на пластину и наносит меньше повреждений пластине. Благодаря тому, что лазер находится в фокусе, фокус может быть размером порядка субмикрометра, что улучшает микрообработку пластины.

Свинцовый каркас и связующий материал

Выводная рама в качестве носителя микросхемы интегральной схемы представляет собой своего рода соединительные материалы (золотая проволока, алюминиевая проволока, медная проволока), конец вывода внутренней цепи чипа и электрическое соединение внешнего вывода, образуют ключевую структуру электрической цепи, она играет роль моста и внешнего проводного соединения, большая часть полупроводникового интегрированного блока должна использовать свинцовую рамку, является важным базовым материалом в электронной информационной индустрии.

Медный сплав, используемый в выводной рамке, можно условно разделить на медь и железо, медь и никель-кремний, медь и хром, медь и никель и олово (сплав JK-2) и т. д. Тройные и четырехэлементные медные сплавы могут достичь лучших характеристик, чем традиционный бинарный сплав.

Ссылка:

1. Специальный отчет о полупроводниковых материалах; Дунгуань Секьюритис.

2. Специальный отчет о полупроводниковых материалах; Гуосенские ценные бумаги.

3. Популяризировать точный ножевой метод нарезки пластин IC; Блог Чуанбина Ву.

Эта статья перепечатана с сайта Powder360.