國產(chǎn)劃片機 2022-08-01
所有半導(dǎo)體工藝都始于一粒沙子，因為沙子所含的硅是生產(chǎn)晶圓所需要的原材料。晶圓是將硅(Si)或砷化鎵(GaAs)制成的單晶柱體切割形成的圓薄片。要提取高純度的硅材料需要用到硅砂，一種二氧化硅含量高達(dá)95%的特殊材料，也是制作晶圓的主要原材料。晶圓加工就是制作獲取上述晶圓的過程。半導(dǎo)體材料主要分為基體材料、制造材料和封裝材料。其中，基體材料主要用于制造硅晶圓或化合物半導(dǎo)體；制造材料主要是將硅晶圓或化合物半導(dǎo)體加工成芯片所需的各種材料；包裝材料是包裝和切割芯片時使用的材料。半導(dǎo)體材料在芯片生產(chǎn)制造過程中的關(guān)鍵性作用從劃片機說起：
一是基體材料
根據(jù)芯片材料的不同，基體材料主要分為硅晶圓和化合物半導(dǎo)體，其中硅晶圓應(yīng)用比較廣泛，是集成電路制造過程中比較重要的原材料。
1、硅晶圓
通過切割過程獲得的薄片被稱為“裸片”，即未經(jīng)加工的“原料晶圓”。裸片的表面凹凸不平，無法直接在上面印制電路圖形。因此，需要先通過研磨和化學(xué)刻蝕工藝去除表面瑕疵，然后通過拋光形成光潔的表面，再通過清洗去除殘留污染物，即可獲得表面整潔的成品晶圓。所有硅采用單晶硅片，對硅片純度要求較高，一般要求硅片純度在 99.999999于99999%。一般可分為4-18英寸，主流尺寸為8英寸(200英寸)mm）和12英寸（300mm），大尺寸為18英寸(450英寸)mm）。一般來說，硅片尺寸越大，硅片切割邊緣損失越小，每個晶圓切割的芯片越多，半導(dǎo)體生產(chǎn)效率越高，相應(yīng)成本越低。
從下游應(yīng)用來看，12英寸大硅片主要用于90英寸nm集成電路芯片如邏輯芯片(GPA、CPU、FGPA)、存儲芯片(SSD、DRAM)先進(jìn)工藝的芯片直接受益于終端半導(dǎo)體產(chǎn)品的需求，如智能手機、計算機、云計算和人工智能；8 主要用于90英寸硅片nm特色工藝芯片，包括模擬電路、射頻芯片、嵌入式存儲器、圖像傳感器等，主要驅(qū)動力來自汽車電子、工業(yè)電子等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的增加。
二是化合物半導(dǎo)體
首先需將沙子加熱，分離其中的一氧化碳和硅，并不斷重復(fù)該過程直至獲得超高純度的電子級硅(EG-Si)。高純硅熔化成液體，進(jìn)而再凝固成單晶固體形式，稱為“錠”，這就是半導(dǎo)體制造的第一步。硅錠（硅柱）的制作精度要求很高，達(dá)到納米級，其廣泛應(yīng)用的制造方法是提拉法。主要指砷化鎵（GaAs）、氮化鎵（GaN）、碳化硅（SiC）第二代和第三代半導(dǎo)體。砷化鎵（GaAs）具備高功率密度、低能耗、抗高溫、高發(fā)光效率、抗輻射、擊穿電壓高等特性，廣泛應(yīng)用于射頻、功率器件、微電子、光電子及國防軍工等領(lǐng)域。氮化鎵（GaN）它可以承載更高的能量密度和更高的可靠性。廣泛應(yīng)用于手機、衛(wèi)星、航天、光電子、微電子、高溫大功率設(shè)備、高頻微波設(shè)備等非通信領(lǐng)域；碳化硅（SiC）它具有高禁帶寬度、高飽和電子漂移速度、高熱導(dǎo)率等特點，主要用作汽車及工業(yè)電力電子等領(lǐng)域的高功率半導(dǎo)體材料，廣泛應(yīng)用于大功率轉(zhuǎn)換領(lǐng)域。
制造材料
1、光刻膠
光刻膠是光刻工藝的核心材料，主要通過紫外線、準(zhǔn)分子激光、電子束、離子束、X 耐蝕刻材料，如光源的照射或輻射，其溶解度發(fā)生變化。光刻膠可分為半導(dǎo)體光刻膠，LCD 光刻膠和PCB光刻膠。光刻膠的主要成分包括光刻膠樹脂、感光劑、溶劑和添加劑。
在光刻工藝中，光刻膠涂在襯底上。光或輻射通過掩膜板照射到襯底后，光刻膠在顯影溶液中的溶解度發(fā)生變化。溶液溶解可溶部分后，光刻膠層形成與掩膜版本完全相同的圖形，然后在襯底上完成圖形轉(zhuǎn)移。根據(jù)下游應(yīng)用的不同，襯底可以是印刷電路板、面板和集成電路板。光刻工藝的成本約占整個芯片制造工藝的35%，耗時占整個芯片工藝的40%至60%，是半導(dǎo)體制造的核心工藝。
2、濺射靶材
目標(biāo)材料是制備電子薄膜材料濺射過程中必不可少的原材料。濺射過程主要利用離子源產(chǎn)生的離子，加速真空中高速流離子束流的聚集，轟擊固體表面，使固體表面的原子離開固體，沉積在基底表面。被轟擊的固體稱為濺射目標(biāo)材料。
濺射靶材主要應(yīng)用于半導(dǎo)體、平板顯示和太陽能電池等領(lǐng)域。半導(dǎo)體對靶材的金屬純度和內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)要求比較高，通常要求達(dá)到99.9995%（5N5)以上，平板顯示器和太陽能電池的金屬純度要求相對較低，分別達(dá)到99.999%（5N）、99.995%（4N5）以上。
3、拋光材料
化學(xué)機械拋光（CMP）它是前唯一能兼顧表面整體和局部平整度的技術(shù)。其工作原理是在一定壓力和拋光液的存在下，將拋光晶片與拋光墊進(jìn)行相對運動，借助納米磨料的機械研磨效果與各種化學(xué)試劑的化學(xué)效果有機結(jié)合，使拋光晶片表面達(dá)到高平整度、低表面粗糙度和低缺陷的要求。
拋光墊和拋光液是比較重要的拋光材料，價值分別占49%和33%，其他拋光材料的總價值分別占18%。其中，拋光液是一種水溶性拋光劑，不含任何硫、磷和氯添加劑，主要用于拋光、潤滑和冷卻。拋光墊的主要作用是儲存和傳輸拋光液，為硅片提供一定的壓力，機械摩擦其表面，是決定表面質(zhì)量的重要輔助材料。
4、電子特氣
電子氣體(以下簡稱電子氣體)是僅次于硅片的第二大半導(dǎo)體原料，廣泛應(yīng)用于下游。電子特氣是指純氣、高純氣或由高純單質(zhì)氣體配置的二元或多元混合氣(具體產(chǎn)品如下圖所示)，在純度、品種、性能等方面具有特殊要求。電子特氣是電子工業(yè)的關(guān)鍵化學(xué)材料。下游應(yīng)用涵蓋半導(dǎo)體、顯示面板、光纖光纜、光伏、新能源汽車、航空航天等領(lǐng)域。
5、掩膜版
又稱光罩、光罩、光刻罩版，是半導(dǎo)體芯片光刻過程中設(shè)計圖形的載體。圖形通過光刻和蝕刻轉(zhuǎn)移到硅晶片上。通常根據(jù)不同的需要選擇不同的玻璃基板。一般選用低熱膨脹系數(shù)、低鈉含量、高化學(xué)穩(wěn)定性、高光穿透性的石英玻璃，鍍厚約100nm不透光鉻膜和厚度約20nm氧化鉻可以減少光反射。
6.濕電子化學(xué)品
又稱超凈高純試劑，主要用于半導(dǎo)體制造過程中的各種高純化學(xué)試劑。根據(jù)用途，可分為普通濕電子化學(xué)品和功能性濕電子化學(xué)品。普通濕電子化學(xué)品一般是指高純度純化學(xué)溶劑，如高純度去離子水、氫氟酸、硫酸、磷酸、硝酸等常見試劑。功能性濕電子化學(xué)品是指通過復(fù)配手段達(dá)到特殊功能、滿足制造過程中特殊工藝需求的配方類化學(xué)品，如顯影液、剝離液、清洗液、刻蝕液等，經(jīng)常使用在刻蝕、濺射等工藝環(huán)節(jié)。晶圓制造過程中，顆粒、有機殘留物、金屬離子、天然氧化層等污染物主要采用高純化學(xué)溶劑清洗。
封裝材料
1、粘結(jié)材料
采用粘結(jié)技術(shù)完成管芯與底座或封裝基板銜接的材料，在物理化學(xué)性能上要滿足機械強度高、化學(xué)性能穩(wěn)定、導(dǎo)電導(dǎo)熱、低固化溫度和可操作性強的央求。在理論應(yīng)用中主要的粘結(jié)技術(shù)包括銀漿粘接技術(shù)、低熔點玻璃粘接技術(shù)、導(dǎo)電膠粘接技術(shù)、環(huán)氧樹脂粘接技術(shù)、共晶焊技術(shù)。環(huán)氧樹脂是應(yīng)用比較普遍的粘結(jié)材料，芯片和封裝基本材料表面呈現(xiàn)不同的親水和疏水性，需對其表面中止等離子處置來改善環(huán)氧樹脂在其表面的活動性，進(jìn)步粘結(jié)效果。
2、陶瓷封裝材料
用于承載電子元器件的機械支撐、環(huán)境密封和散熱等功用。相比于金屬封裝材料和塑料封裝材料，陶瓷封裝材料具有耐濕性好，良好的線收縮率和熱導(dǎo)率，在電熱機械等方面性能極端穩(wěn)定，但加工本錢高，具有較高的脆性。目前用于理論消費和開發(fā)應(yīng)用的陶瓷基片材料主要包括 Al2O3、BeO和AIN等，其中BeO和AIN基片可以滿足自然冷卻央求，Al2O3是運用比較普遍的陶瓷材料，BeO具有一定的毒反作用，性能優(yōu)秀的AIN將逐漸取代其他兩種陶瓷封裝材料。
3、封裝基板
是封裝材料中本錢占比比較大的部分，主要起到承載維護芯片與銜接上層芯片和下層電路板的作用。完好的芯片是由裸芯片（晶圓片）與封裝體（封裝基板與固封材料、引線等）組合而成。封裝基板能夠維護、固定、支撐芯片，增強芯片的導(dǎo)熱散熱性能，另外還能夠連通芯片與印刷電路板，完成電氣和物理銜接、功率分配、信號分配，以及溝通芯片內(nèi)部與外部電路等功用。
4、切割材料
晶圓切割是半導(dǎo)體芯片制造過程中重要的工序，在晶圓制造中屬于后道工序，主要將做好芯片的整片晶圓按照芯片大小切割成單一的芯片井粒。在封裝流程中，切割是晶圓測試的前序工作，常見的芯片封裝流程是先將整片晶圓切割為小晶粒然后再中止封裝測試，而晶圓級封裝技術(shù)是對整片晶圓中止封裝測試后再切割得到單個廢品芯片。
目前全球主流的切割方法分為兩類，一類是用劃片系統(tǒng)中止切割，另一類應(yīng)用激光中止切割。其中劃片系統(tǒng)切割主要包括砂漿切割和金剛石材料切割，該技術(shù)起步較早市場份額較大。激光切割屬于新興無接觸切割，切割表面光滑平整，適用于不同類型的晶圓切割。
三是劃切領(lǐng)域
1.半體封裝基板及元器件：晶圓IC集成電路、陶瓷基板、玻璃基板、PCB、硅片、線路板、內(nèi)存儲存卡、QFN、DFN、電容電阻、傳感器、IC二三極管、保險絲等。
2.LED基板、燈珠：LED各類型號規(guī)格基板、LED燈珠等。
3.光通迅及元器件：鍍膜玻璃、濾波片、精密陶瓷、玻璃管、毛細(xì)管、法拉第片、隔離片、玻璃V型槽、PCL/AWG、晶圓芯片切割、攝像頭模組等。
