半导体制造设备的基础知识

半导体制造设备的基础知识

什么是半导体制造设备？

半导体制造设备（英文：semiconductor manufacturing equipment）是一种用于制造半导体的设备，这些半导体用于晶体管、集成电路及类似应用。

半导体不仅应用于计算机和智能手机，还广泛应用于云服务和数据中心等多种电子设备中。 半导体技术创新正在推进，考虑到信息存储、数值计算和逻辑价值计算的快速处理速度、能源效率和节省空间等方面。

制造这些半导体的设备必须在半导体性能和技术创新方面取得显著进步。

半导体制造设备的应用

顾名思义，半导体制造设备用于制造半导体。 主要半导体元件包括用于电气控制电流和方向的单晶体管和二极管、负责处理设备程序数据的CPU以及存储程序数据的内存。

相机中也使用CMOS图像传感器，半导体制造设备在生产这些传感器方面备受重视。

半导体制造设备的原理

半导体制造设备的基本操作可分为电路设计、图案设计、光罩制作、前端和后端工艺。

1. 电路设计与图案设计

电路与图案设计涉及设计实现必要功能的电路，并反复运行仿真以探索高效的图案。 半导体设备的图案设计使用专用的CAD软件。

2. 光罩制作

光掩膜的制作涉及制作主板，将电路图案转移到半导体晶圆上。 半导体晶圆表面的晶体管和线路极为细腻，电路图案通过放大在透明玻璃板表面绘制。

3. 初步工程

之前的工艺是将芯片制成硅晶圆。 步骤包括清洗、光刻、蚀刻、薄膜形成、离子注入和刨削，这些步骤会重复多次。

4. 施工后期

后端工艺是分解在硅晶圆上制造的半导体芯片并完成芯片。 工艺包括切割、模具粘接、线接合、成型和检验等。

半导体制造设备的类型

半导体制造设备大致可分为半导体设计设备、光罩制造设备、晶圆制造设备、晶圆加工设备、装配设备、检测设备以及半导体制造设备相关的设备。

1. 半导体设计设备

专门开发了用于电路和图案设计的CAD软件。

2. 光罩制造设备

光罩，也称为玻璃干板，是由玻璃或石英制成的图案母片制成的板，用于电子电路元件的制造过程。 光罩制造设备是一种将铬等遮光幕沉积到玻璃基底上，并利用激光或电子束绘制电路图案的装置。 还包括显影设备、干蚀设备和检验设备。

3. 晶圆制造设备

首先，使用带有金刚石刀片的切割装置将超高纯度硅单晶锭切割至指定厚度。 这是硅晶圆。 接着，晶圆表面被抛光后放入高温氧化炉，形成氧化膜。 此外，利用光刻涂层显影装置将光刻胶光敏剂施加在晶圆表面。

光罩图像被缩放并烘焙到晶圆表面，形成电路图案。 这正是半导体暴露设备被使用的地方。 此外，蚀刻和剥离设备还能去除不需要的氧化膜和光刻剂。

利用离子植入和退火设备，硼和磷注入晶圆以实现半导体化。 置于等离子体装置中，利用惰性气体等离子体在晶圆表面形成用于电极接线的铝金属膜。 最后，晶圆在每个芯片上使用检测设备进行测试，在判断产品质量和缺陷后，完成前一过程。

4. 晶圆工艺加工设备

在后续工艺中，晶圆首先被切割并使用切片设备分离成单个芯片。 然后，把芯片固定在引线框架上。

5. 组装装置

首先，使用芯片键合设备，通过粘结线将芯片和引脚框架连接。 接着，这些芯片会用模具设备用树脂包装。 这是为了保护。 此外，在模具中，单个半导体产品被切割并与引脚框架分离，外部引脚被成型成指定的形状。

6. 检验设备

为消除初始缺陷，我们进行功能测试及称为烧机的加速度测试，以评估温度-电压应力。 最后，还会进行电气特性检测和视觉结构检查以去除有缺陷的产品，同时还需要进行环境和长寿命测试等可靠性测试。