Průmysl výroby polovodičů se při výrobě pokročilých integrovaných obvodů spoléhá na širokou škálu vysoce specializovaných zařízení. Tento článek poskytuje přehled osmi kritických kategorií zařízení. polovodičová zařízení, zkoumá jejich funkce, technologický význam a trendy v odvětví.
1. Litografické zařízení
Litografické stroje jsou základem výroby polovodičů. Litografický proces určuje nejmenší velikosti prvků na čipech a přímo určuje procesní uzly a výkon zařízení. Pokročilé čipy často vyžadují 60 až 90 litografických kroků, přičemž litografie představuje zhruba 30% výrobních nákladů a 40-50% celkové doby zpracování.
Litografický systém se obvykle skládá ze zdroje světla, rovnoměrné osvětlovací optiky, projekčních čoček a přesných mechanických a řídicích systémů, včetně stupňů destiček a seřizovačů masek. S rostoucí složitostí polovodičů je domácí výroba litografických systémů stále omezená a velká část trhu je závislá na dováženém vybavení. Současné vývojové úsilí se zaměřuje na dosažení menších uzlů a vyšší přesnosti, přičemž pokračuje pokrok v technologiích imerzní litografie.
2. Leptací zařízení
Leptání je základním procesem pro přenos vzorů obvodů z masek na destičky. Leptací zařízení odstraňuje materiál z povrchu destičky a vytváří tak přesné mikrostruktury potřebné pro integrované obvody. Procesy leptání se dělí na suché a mokré leptání.
- Suché leptání, které převažuje ve více než 90% aplikacích, zahrnuje leptání plazmou, iontové naprašování a leptání reaktivními ionty. Nabízí lepší anizotropii a přesnost pro submikronové prvky.
- Mokré leptání se obvykle používá u větších prvků nebo při odstraňování zbytků po leptání za sucha.
Suché leptání lze také rozdělit na fyzikální leptání a chemické leptání. Fyzikální leptání spočívá v bombardování ionty, zatímco chemické leptání zahrnuje reaktivní plazma, které vytváří těkavé vedlejší produkty. Tyto techniky mají zásadní význam při výrobě logických a paměťových čipů.
3. Zařízení pro nanášení tenkých vrstev
Zařízení pro nanášení tenkých vrstev je nezbytné pro vytváření vodivých nebo izolačních vrstev na destičkách. Mezi hlavní techniky nanášení patří:
- Chemické napařování (CVD) - Varianty PECVD, LPCVD, APCVD a SACVD umožňují depozici oxidu křemičitého, nitridu křemíku a dalších materiálů s vysokou rovnoměrností a nízkou mírou defektů.
- Fyzikální napařování (PVD) - Hlavně naprašování, používané pro kovové vrstvy v zařízeních CMOS.
- Nanášení atomárních vrstev (ALD) - Umožňuje vytvářet ultratenké a vysoce přesné vrstvy, které jsou důležité pro pokročilé uzly a 3D struktury NAND.
S rostoucí složitostí 3D paměťových zařízení a struktur FinFET poptávka po zařízeních pro nanášení tenkých vrstev neustále roste, a to jak na domácím, tak na mezinárodním trhu.
4. Metrologické a kontrolní zařízení
Metrologické a kontrolní nástroje mají zásadní význam pro udržení vysokých výnosů a snížení výrobních nákladů.
- Metrologické vybavení měří strukturu destiček, tloušťku tenkých vrstev, kritické rozměry a morfologii povrchu, aby zajistil shodu s procesem.
- Kontrolní zařízení detekuje vady, jako jsou částice, škrábance nebo anomálie obvodů, a zabraňuje tak ztrátám výtěžnosti.
Čínský trh se v posledních letech výrazně rozrostl a jeho podíl na celosvětovém trhu zařízení pro kontrolu polovodičů se zvyšuje.
5. Zařízení pro iontovou implantaci
Iontová implantace je klíčovým procesem pro dopování polovodičových destiček. Jedná se o urychlování iontů specifických prvků do destičky za účelem přesné změny elektrických vlastností. Mezi výhody oproti tradičnímu tepelnému difuznímu dopování patří:
- Vysoká rovnoměrnost a kontrolovatelnost distribuce dopantu
- Možnost selektivního lakování vzorovaných oblastí
- Žádná omezení vyplývající z rozpustnosti materiálu
Iontová implantace se široce uplatňuje při výrobě pokročilých logických obvodů, pamětí a solárních článků. Domácí vývoj dosáhl významných milníků a zahrnuje plnou podporu procesu pro 12palcové wafery v pokročilých uzlech.
6. Čistící zařízení
Čištění destiček zajišťuje vysokou výtěžnost a výkon zařízení odstraněním částic, zbytků, kovů a dalších nečistot. Čistící zařízení využívá dva hlavní přístupy:
- Mokré čištění - Používá chemické roztoky a deionizovanou vodu, často s ultrazvukem nebo postřikem; představuje více než 90% čisticích kroků.
- Chemické čištění - Používá chemické látky v plynné fázi nebo plazmu k odstranění specifických kontaminantů, používá se hlavně v pokročilých uzlech.
Technologie čištění se stále vyvíjejí směrem k menším rozměrům, vyšší účinnosti a šetrnosti k životnímu prostředí. Rostoucí složitost 3D integrovaných obvodů zvyšuje poptávku po sofistikovaných čisticích procesech při výrobě destiček.
7. Zařízení pro chemicko-mechanické leštění (CMP)
Zařízení CMP provádí globální planarizaci povrchu destiček kombinací chemického leptání a mechanického leštění. Zajišťuje rovinnost destiček pro následné procesy leptání nebo nanášení a má zásadní význam pro pokročilé obalové aplikace, jako je 2,5D/3D integrace integrovaných obvodů a struktury TSV.
S rostoucí složitostí zařízení a vrstvením kovových vrstev se CMP stává nezbytnou pro zachování jednotnosti, minimalizaci defektů a umožnění litografie s vysokým rozlišením.
8. Testovací zařízení polovodičů
Testování zajišťuje, že polovodičové součástky splňují funkční a elektrické specifikace. Testovací zařízení zahrnuje:
- Testery - Hodnocení výkonu a funkčnosti destiček a balených čipů.
- Sondážní stanice - Připojte destičky k testerům pro in-line testování.
- Třídiče - Automatizace manipulace s testovanými zařízeními a jejich klasifikace.
Testování představuje významnou část hodnoty zařízení, která často přesahuje 60%, což zdůrazňuje jeho význam v hodnotovém řetězci polovodičů od výroby destiček až po konečnou montáž.
Závěr
Odvětví polovodičových zařízení zahrnuje segmenty litografie, leptání, depozice, metrologie, iontové implantace, čištění, CMP a testování. Technologický pokrok v každé kategorii je nezbytný pro dosažení vyšších výtěžků, menších procesních uzlů a složitějších zařízení. S rostoucími domácími i mezinárodními trhy zůstanou neustálé inovace, automatizace a přesnost klíčovými faktory pro sektor polovodičových zařízení.