В производстве полупроводников используется широкий спектр высокоспециализированного оборудования для выпуска передовых интегральных схем. В этой статье представлен обзор восьми важнейших категорий полупроводниковое оборудование, Изучение их функций, технологического значения и тенденций развития отрасли.
1. Литографическое оборудование
Литографические машины являются краеугольным камнем производства полупроводников. Процесс литографии определяет мельчайшие размеры элементов на микросхемах и напрямую определяет технологические узлы и производительность устройств. Передовые микросхемы часто требуют от 60 до 90 этапов литографии, при этом на литографию приходится примерно 30% производственных затрат и 40-50% общего времени обработки.
Система литографии обычно включает в себя источник света, оптику для равномерного освещения, проекционные линзы, а также прецизионные механические и управляющие системы, в том числе этапы для изготовления пластин и устройства выравнивания масок. По мере роста сложности полупроводников отечественное производство систем литографии все еще ограничено, и большая часть рынка полагается на импортное оборудование. Текущие разработки направлены на достижение меньших узлов и более высокой точности, при этом наблюдается постоянный прогресс в технологиях иммерсионной литографии.
2. Оборудование для травления
Травление - это основной процесс переноса схем с масок на полупроводниковые пластины. Оборудование для травления удаляет материал с поверхности пластины для формирования точных микроструктур, необходимых для интегральных схем. Процессы травления делятся на сухое и мокрое травление.
- Сухое травление, В число областей применения, которые доминируют более чем в 90%, входят плазменное травление, ионное напыление и реактивное ионное травление. Оно обеспечивает лучшую анизотропию и точность для субмикронных элементов.
- Мокрое травление обычно используется для крупных элементов или удаления остатков после сухого травления.
Сухое травление также можно разделить на физическое и химическое. Физическое травление основано на ионной бомбардировке, а химическое - на использовании реактивной плазмы с образованием летучих побочных продуктов. Эти методы очень важны при производстве логических микросхем и микросхем памяти.
3. Оборудование для осаждения тонких пленок
Оборудование для осаждения тонких пленок необходимо для создания проводящих или изолирующих слоев на полупроводниковых пластинах. К основным методам осаждения относятся:
- Химическое осаждение из паровой фазы (CVD) - Варианты PECVD, LPCVD, APCVD и SACVD позволяют осаждать диоксид кремния, нитрид кремния и другие материалы с высокой однородностью и низким уровнем дефектов.
- Физическое осаждение из паровой фазы (PVD) - В основном напыление, используемое для создания металлических слоев в КМОП-устройствах.
- Атомно-слоевое осаждение (ALD) - Позволяет создавать сверхтонкие, высокоточные слои, что очень важно для передовых узлов и 3D-структур NAND.
С ростом сложности 3D-устройств памяти и FinFET-структур спрос на оборудование для осаждения тонких пленок продолжает расти как на внутреннем, так и на международном рынке.
4. Метрологическое и контрольное оборудование
Метрологические и контрольные инструменты имеют решающее значение для поддержания высокой производительности и снижения производственных затрат.
- Метрологическое оборудование измеряет структуру пластин, толщину тонких пленок, критические размеры и морфологию поверхности для обеспечения соответствия технологическому процессу.
- Инспекционное оборудование обнаруживает дефекты, такие как частицы, царапины или аномалии схемы, чтобы предотвратить потерю урожая.
Китайский рынок значительно вырос за последние годы, занимая все большую долю мирового рынка оборудования для контроля полупроводников.
5. Оборудование для ионной имплантации
Ионная имплантация - ключевой процесс легирования полупроводниковых пластин. Он включает в себя ускоренное введение ионов определенных элементов в полупроводниковую пластину для точного изменения электрических свойств. Преимущества по сравнению с традиционным термодиффузионным легированием включают:
- Высокая равномерность и контролируемость распределения легирующих элементов
- Возможность выборочного нанесения покрытия на узорчатые участки
- Нет ограничений, связанных с растворимостью материала
Ионная имплантация широко применяется в передовых технологиях производства логики, памяти и солнечных элементов. Отечественные разработки достигли значительных успехов, обеспечив полную технологическую поддержку 12-дюймовых подложек на передовых узлах.
6. Оборудование для уборки
Очистка пластин обеспечивает высокий выход продукции и производительность устройств за счет удаления частиц, остатков, металлов и других загрязнений. Оборудование для очистки использует два основных подхода:
- Влажная уборка - Используются химические растворы и деионизированная вода, часто с применением ультразвука или распыления; на него приходится более 90% этапов очистки.
- Химчистка - Использует газофазные химикаты или плазму для удаления определенных загрязнений, в основном применяется в передовых узлах.
Технологии очистки продолжают развиваться в направлении уменьшения занимаемой площади, повышения эффективности и экологичности. Возрастающая сложность трехмерных интегральных схем обусловливает спрос на сложные процессы очистки на всех этапах производства пластин.
7. Оборудование для химико-механической полировки (ХМП)
Оборудование CMP выполняет глобальную планаризацию поверхности пластин, сочетая химическое травление с механической полировкой. Это обеспечивает плоскостность пластин для последующих процессов травления или осаждения и имеет решающее значение для передовых упаковочных приложений, таких как интеграция 2,5D/3D ИС и TSV-структур.
По мере увеличения сложности устройств и укладки металлических слоев CMP становится необходимым для поддержания однородности, минимизации дефектов и обеспечения литографии с высоким разрешением.
8. Оборудование для тестирования полупроводников
Испытания обеспечивают соответствие полупроводниковых приборов функциональным и электрическим спецификациям. Испытательное оборудование включает:
- Тестеры - Оценка производительности и функциональности пластин и упакованных микросхем.
- Зондовые станции - Подключение пластин к тестерам для тестирования в линии.
- Сортировщики - Автоматизация обработки и классификации проверенных устройств.
Тестирование составляет значительную часть стоимости оборудования, часто превышающую 60%, что подчеркивает его важность в цепочке создания стоимости полупроводников от производства пластин до окончательной сборки.
Заключение
Индустрия полупроводникового оборудования охватывает сегменты литографии, травления, осаждения, метрологии, ионной имплантации, очистки, CMP и тестирования. Технологический прогресс в каждой категории жизненно важен для достижения более высокой производительности, уменьшения технологических узлов и создания более сложных устройств. В условиях роста внутреннего и международного рынков инновации, автоматизация и точность будут оставаться ключевыми факторами развития сектора полупроводникового оборудования.