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tekhne在半導(dǎo)體制造行業(yè)用的設(shè)備運(yùn)用分析
半導(dǎo)體是半導(dǎo)體集成電路的縮寫(xiě)。 它是一種物質(zhì)，既具有導(dǎo)電性良好的“導(dǎo)體"，又具有不導(dǎo)電性不多的“絕緣體"的特性。
此外，由晶體管（控制電流的元件）和使用半導(dǎo)體的二極管等電子元件組成的電路有時(shí)稱(chēng)為IC（集成電路集成電路）。 如果您想象導(dǎo)體是鐵等金屬，而絕緣層是橡膠，可能會(huì)更容易理解。
如上所述，半導(dǎo)體具有導(dǎo)電的“導(dǎo)體"材料和不導(dǎo)電的“絕緣體"物質(zhì)之間的特性。 “導(dǎo)體"、“絕緣體"和“半導(dǎo)體"之間的區(qū)別是技術(shù)術(shù)語(yǔ)中“禁止帶隙"能量范圍的差異。 從電子占據(jù)的最高能帶“（價(jià)帶）"， 能量帶到低能帶“（傳導(dǎo)帶）"下端之間的空間稱(chēng)為禁帶，價(jià)帶與導(dǎo)帶之間的能帶稱(chēng)為禁帶。 作為沒(méi)有禁令的一個(gè)例子， 其中包括金屬系統(tǒng)。 許多金屬容易導(dǎo)電，即電子很容易移動(dòng)。 相反，大型禁止帶的例子包括陶瓷、橡膠和玻璃。 因?yàn)殡娮硬荒芤苿?dòng)， 它們中的許多不允許電流流動(dòng)，被稱(chēng)為絕緣體。
另一方面，當(dāng)半導(dǎo)體的禁止帶比金屬寬且小于絕緣體時(shí)，電流通過(guò)向電子施加能量（例如熱量和電壓）來(lái)流動(dòng)。 因此，通過(guò)有意將雜質(zhì)與半導(dǎo)體本身混合，可以改變電子和（原子）空位的流動(dòng)，也可以控制電性能。 敢于添加的雜質(zhì) 這將半導(dǎo)體分為n型和p型。
n型半導(dǎo)體：通過(guò)在元素周期表中的IV族元素（硅，鍺Ge等）中加入微量的V族（磷P，砷As，銻Sb等）制成的本征半導(dǎo)體（僅由硅Si組成的半導(dǎo)體）。 當(dāng)加入V族時(shí)，V族價(jià)電子中的一個(gè)剩余電子可以自由移動(dòng)（自由電子）。 自由電子帶負(fù)電荷，通過(guò)移動(dòng)，電阻降低并施加能量。 + 通過(guò)被吸引到兩極，電流流動(dòng)，并且出現(xiàn)半導(dǎo)體的特性。
P型半導(dǎo)體：本征半導(dǎo)體是通過(guò)在元素周期表中的IV族元素（硅，鍺Ge等）中添加微量的III族元素（硼B(yǎng)，銦In等）制成的。 當(dāng)向IV族加入少量III族時(shí)，缺少一個(gè)電子，缺失的空穴稱(chēng)為空穴。 當(dāng)在這種狀態(tài)下施加電壓時(shí)，附近的電子移動(dòng)到這個(gè)空穴。 此外，電子的轉(zhuǎn)移會(huì)導(dǎo)致在其他地方形成空穴。 通過(guò)這種重復(fù)，電子似乎穩(wěn)定地向極側(cè)移動(dòng)。 因此，當(dāng)施加能量時(shí)，它被吸引到+極，并且電流流動(dòng)，揭示了其作為半導(dǎo)體的特性。
n型半導(dǎo)體和p型半導(dǎo)體的結(jié)點(diǎn)僅具有在一定方向上傳遞電流的功能。 由于鍵合，n型半導(dǎo)體的自由電子和p型半導(dǎo)體的空穴相互吸引，在結(jié)表面鍵合，然后消失。 換句話(huà)說(shuō)，電子不再存在于結(jié)面，并且狀態(tài)與絕緣體的狀態(tài)相同。 這些電子不再存在的層稱(chēng)為耗盡層。 在絕緣體的這種狀態(tài)下，當(dāng)電極連接到n型半導(dǎo)體側(cè)并且+極連接到p型半導(dǎo)體側(cè)并施加電壓時(shí)，電子從n型流向P型。
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由于半導(dǎo)體非常精確，因此有許多制造工藝。 該過(guò)程大致分為兩部分，稱(chēng)為“前端過(guò)程"和“后端過(guò)程"。 如果想到半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)完成之前的前端工藝，而后處理直到最終的半導(dǎo)體產(chǎn)品完成，可能會(huì)更容易理解。
1）電路和圖案設(shè)計(jì) 首先，我們?cè)O(shè)計(jì)
制造什么樣的半導(dǎo)體，即電路圖案。 由于所需的電路模式因半導(dǎo)體的應(yīng)用而異，因此設(shè)計(jì)每次也會(huì)發(fā)生變化。 由于模式復(fù)雜，似乎重復(fù)并完成操作測(cè)試。
2） 光掩模創(chuàng)建 創(chuàng)建一個(gè)掩模，用于在
半導(dǎo)體襯底上轉(zhuǎn)移步驟1）中設(shè)計(jì)的電路。 到目前為止，它是使用計(jì)算機(jī)的案頭工作。
3）硅錠切割半導(dǎo)體的基礎(chǔ)
是硅單晶。 首先，在保持單晶的同時(shí)將液態(tài)硅拉出以產(chǎn)生硅錠。 然后用線(xiàn)鋸將硅錠切成薄片，制成圓盤(pán)狀晶圓。 由于硅錠是圓形的，而半導(dǎo)體通常是方形的，因此一個(gè)晶圓可以獲得的平方數(shù)直接影響生產(chǎn)效率。 截至 2022 年，通常有超過(guò) 300 毫米和 450 毫米或更多。
4）拋光硅片
硅片表面不平整，因此需要平滑。 為了使其光滑，使用研磨材料和拋光墊使其成為鏡面。 這就是 Techne 的露點(diǎn)儀和氧氣計(jì)的用武之地。 當(dāng)晶圓在拋光后被氧化時(shí)，它成為一個(gè)干擾因素，因此需要確認(rèn)氧氣濃度低。
5）硅片的氧化
從這里開(kāi)始，制造半導(dǎo)體的層壓過(guò)程開(kāi)始。 在每個(gè)過(guò)程中，必要的過(guò)程重復(fù)多次以制造產(chǎn)品。 氧化硅是一種絕緣層，即不導(dǎo)電的層，因此當(dāng)需要絕緣層時(shí)，它在高溫下被氧化以形成厚厚的氧化膜。
6）薄膜形成 在
硅片的表面上，有一個(gè)附著薄膜的過(guò)程，薄膜是電路的材料。 薄膜有幾種方法，但目前實(shí)際使用的方法有兩種。 為了去除水分和氧氣，在真空中進(jìn)行處理或用惰性氣體（如氮?dú)猓∟2）或氬氣（Ar））代替。 如果可以在真空中處理，則首先處于無(wú)物的狀態(tài)，因此很有可能不存在水分和氧氣等雜質(zhì)，因此優(yōu)先選擇。
以下工藝是典型的真空工藝。
CVD（化學(xué)氣相沉積）法：利用待稀釋材料的氣體通過(guò)化學(xué)反應(yīng)附著薄膜的方法 濺射法：使用薄膜形成材料的方法，該材料通過(guò)放電使材料電離，然后將其與硅片表面碰撞以附著薄膜
7）光刻膠應(yīng)用 應(yīng)用所謂的光刻膠，對(duì)光發(fā)生反應(yīng)
并抵抗9的蝕刻）。 這允許您僅刻錄所需的電路模式。
8）照射
曝光光，僅將暴露在光線(xiàn)下的區(qū)域的光刻膠膜改變并轉(zhuǎn)移到硅片表面。 可以說(shuō)，這個(gè)過(guò)程需要精細(xì)的技術(shù)。 然后，將其浸入顯影劑中，僅溶解硅晶片的裸露部分。 其余部分的光刻膠膜為9的蝕刻掩模）。
9）蝕刻 這是用溶液刮
掉氧化膜和薄膜的過(guò)程。 光刻膠殘留的部分不會(huì)被刮擦。 蝕刻類(lèi)型包括使用溶液的濕法蝕刻和使用氣體的干法蝕刻。
10）抗剝離和清潔
剩余的光刻膠通過(guò)與化學(xué)品和氣體的化學(xué)反應(yīng)剝離。 如果在最后進(jìn)行清潔，則創(chuàng)建預(yù)期的電路。
11）離子注入 通過(guò)添加通過(guò)熱處理活
化的雜質(zhì)離子，可以改變半導(dǎo)體的特性。
12） 硅片平滑 由于可能會(huì)施加
薄膜或硅片本身可能不均勻，因此請(qǐng)重新拋光。 7）光刻膠涂層~12）通過(guò)重復(fù)該過(guò)程直到硅片平滑， 制作所需的電路。
13） 電極形成
將金屬嵌入硅片中。
14） 晶圓缺陷檢測(cè) 一種
稱(chēng)為探針臺(tái)的直立檢測(cè)裝置用于測(cè)試每塊硅晶圓，以確保其具有最初設(shè)計(jì)的功能。
高精度
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我們周?chē)目諝庹б豢此坪鹾芨蓛?，但?shí)際上有微小的垃圾，看不見(jiàn)的病毒和細(xì)菌。 當(dāng)在這樣的環(huán)境中進(jìn)行半導(dǎo)體制造時(shí)，半導(dǎo)體首先具有微觀結(jié)構(gòu)，因此即使電路之間粘附有細(xì)小灰塵，不良產(chǎn)品的可能性也會(huì)顯著增加。 它不是半導(dǎo)體，但是如果你做手術(shù)，如果手術(shù)室在這樣的環(huán)境中，你可能會(huì)擔(dān)心傳染病，對(duì)吧？ 在這種情況下，創(chuàng)建了符合最高衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的潔凈室。 潔凈室中的空氣通過(guò)高性能過(guò)濾器充滿(mǎn)清潔空氣，沒(méi)有碎屑。 潔凈室中的氣壓設(shè)置高于外部。 這是為了在潔凈室中保持正壓，使臟空氣在進(jìn)出時(shí)不會(huì)從外部進(jìn)入。 直到2011年，根據(jù)美國(guó)聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)209E清潔度等級(jí)，潔凈室的清潔度標(biāo)準(zhǔn)被稱(chēng)為100級(jí)或1000級(jí)。 目前，根據(jù)ISO的規(guī)定，每立方米1.0μ或以上的粉塵顆粒數(shù)為1~1級(jí)。 此外，Techne Measurement還有一個(gè)屬于9級(jí)的潔凈室。
在半導(dǎo)體開(kāi)發(fā)和制造過(guò)程中，去除顆粒、水分和氧氣等干擾因素是一個(gè)主要問(wèn)題。 為了確認(rèn)消除干擾，我們的露點(diǎn)儀、溫濕度計(jì)和血氧儀用于半導(dǎo)體制造、運(yùn)輸和檢查等各種過(guò)程。 還用于除濕空氣（干燥空氣）的除濕，以及測(cè)量和控制氮?dú)?、氬氣、氦氣、氫氣等的氣體純度。 相反，有些過(guò)程需要大量的水分， 在此過(guò)程中，使用露點(diǎn)計(jì)來(lái)確保恒定的水分含量。 主要使用以下產(chǎn)品。
（1） 將水分含量控制在極少量（ppb ~ 100 位 ppm）的工藝 ? TK-100電容露點(diǎn)儀（氧化鋁型），
可測(cè)量低至-60°C露點(diǎn) （660） 以痕量（ppm）控制水分含量的工藝 TE-95 露點(diǎn)儀（聚合物型）
低露點(diǎn)可達(dá)
?-99°C （060）最重要的工藝，MBW鏡面冷卻型（鏡面型）露點(diǎn)儀，可測(cè)量高達(dá)
?-33°C~+<>°C露點(diǎn)
（<>）需要相對(duì)濕度水平控制的過(guò)程潔凈室
?簡(jiǎn)易EE<>
（<>）需要大量的水分， 需要管理恒定水分含量的過(guò)程 EE<>溫濕度計(jì)，在防止冷凝的環(huán)境中采取措施，主要用于測(cè)量
高溫和高濕度?
（1）需要通過(guò)氫氣替代等去除氧氣的工藝 2001LC原電池血氧儀，可確認(rèn)
?4100ppm以下
（<>） 需要在無(wú)氫氣的情況下測(cè)量痕量氧濃度的過(guò)程 <>型氧化鋯血氧儀能夠測(cè)量低至
?ppb水平
（1） 在潔凈室和制造設(shè)備
中，氣體流動(dòng)很重要的過(guò)程 ?能夠測(cè)量微風(fēng)的風(fēng)速計(jì)
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