納米技術(shù)有很多種,基本上可以分成兩類,一類是由下而上的方式或稱為自組裝的方式,另一類是由上而下所謂的微縮方式。前者以各種材料、化工等技術(shù)為主,后者則以半導(dǎo)體技術(shù)為主。以前我們都稱 IC 技術(shù)是「微電子」技術(shù),那是因?yàn)榫w管的大小是在微米(10-6米)等級(jí)。但是半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展得非常快,每隔兩年就會(huì)進(jìn)步一個(gè)世代,尺寸會(huì)縮小成原來的一半,這就是有名的摩爾定律(Moore’s Law)。到了 2001 年,晶體管尺寸甚至已經(jīng)小于 0.1 微米,也就是小于 100 納米。因此是納米電子時(shí)代,未來的 IC 大部分會(huì)由納米技術(shù)做成。但是為了達(dá)到納米的要求,半導(dǎo)體制程的改變須從基本步驟做起。每進(jìn)步一個(gè)世代,制程步驟的要求都會(huì)變得更嚴(yán)格、更復(fù)雜。半導(dǎo)體芯片封裝完成后進(jìn)行成品測(cè)試,通常經(jīng)過入檢、測(cè)試和包裝等工序,較后入庫(kù)出貨。功率器件半導(dǎo)體器件加工工廠
半導(dǎo)體技術(shù)挑戰(zhàn):曝光顯影:在所有的制程中,很關(guān)鍵的莫過于微影技術(shù)。這個(gè)技術(shù)就像照相的曝光顯影,要把IC工程師設(shè)計(jì)好的藍(lán)圖,忠實(shí)地制作在芯片上,就需要利用曝光顯影的技術(shù)。在現(xiàn)今的納米制程上,不只要求曝光顯影出來的圖形是幾十納米的大小,還要上下層結(jié)構(gòu)在30公分直徑的晶圓上,對(duì)準(zhǔn)的準(zhǔn)確度在幾納米之內(nèi)。這樣的精確程度相當(dāng)于在中國(guó)大陸的面積上,每次都能精確地找到一顆玻璃彈珠。因此這個(gè)設(shè)備與制程在半導(dǎo)體工廠里是很復(fù)雜、也是很昂貴的。功率器件半導(dǎo)體器件加工工廠清洗是晶圓加工制造過程中的重要一環(huán)。
半導(dǎo)體技術(shù)快速發(fā)展:盡管有種種挑戰(zhàn),半導(dǎo)體技術(shù)還是不斷地往前進(jìn)步。分析其主要原因,總括來說有下列幾項(xiàng)。先天上,硅這個(gè)元素和相關(guān)的化合物性質(zhì)非常好,包括物理、化學(xué)及電方面的特性。利用硅及相關(guān)材料組成的所謂金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管,做為開關(guān)組件非常好用。此外,因?yàn)樾阅軆?yōu)異,輕、薄、短、小,加上便宜,所以應(yīng)用范圍很廣,可以用來做各種控制。換言之,市場(chǎng)需求很大,除了各種產(chǎn)業(yè)都有需要外,新興的所謂3C產(chǎn)業(yè),更是以IC為主角。
半導(dǎo)體器件加工是指將半導(dǎo)體材料加工成具有特定功能的器件的過程。它是半導(dǎo)體工業(yè)中非常重要的一環(huán),涉及到多個(gè)步驟和工藝。下面將詳細(xì)介紹半導(dǎo)體器件加工的步驟。 晶圓制備:晶圓是半導(dǎo)體器件加工的基礎(chǔ)。晶圓是將半導(dǎo)體材料切割成圓片狀的材料,通常直徑為4英寸、6英寸或8英寸。晶圓制備包括切割、拋光和清洗等步驟。晶圓清洗:晶圓制備完成后,需要對(duì)晶圓進(jìn)行清洗,以去除表面的雜質(zhì)和污染物。清洗過程通常采用化學(xué)清洗方法,如酸洗、堿洗和溶劑清洗等。半導(dǎo)體器件加工中的工藝參數(shù)對(duì)器件性能有重要影響。
半導(dǎo)體技術(shù)很大的應(yīng)用是集成電路(IC),舉凡計(jì)算機(jī)、手機(jī)、各種電器與信息產(chǎn)品中,一定有 IC 存在,它們被用來發(fā)揮各式各樣的控制功能,有如人體中的大腦與神經(jīng)。如果把計(jì)算機(jī)打開,除了一些線路外,還會(huì)看到好幾個(gè)線路板,每個(gè)板子上都有一些大小與形狀不同的黑色小方塊,周圍是金屬接腳,這就是封裝好的 IC。如果把包覆的黑色封裝除去,可以看到里面有個(gè)灰色的小薄片,這就是 IC。如果再放大來看,這些 IC 里面布滿了密密麻麻的小組件,彼此由金屬導(dǎo)線連接起來。除了少數(shù)是電容或電阻等被動(dòng)組件外,大都是晶體管,這些晶體管由硅或其氧化物、氮化物與其它相關(guān)材料所組成。整顆 IC 的功能決定于這些晶體管的特性與彼此間連結(jié)的方式。微機(jī)電系統(tǒng)是微電路和微機(jī)械按功能要求在芯片上的集成,尺寸通常在毫米或微米級(jí)。功率器件半導(dǎo)體器件加工工廠
微納加工技術(shù)與微電子工藝技術(shù)有密切關(guān)系。功率器件半導(dǎo)體器件加工工廠
半導(dǎo)體技術(shù)進(jìn)入納米時(shí)代后,除了水平方向尺寸的微縮造成對(duì)微影技術(shù)的嚴(yán)苛要求外,在垂直方向的要求也同樣地嚴(yán)格。一些薄膜的厚度都是1~2納米,而且在整片上的誤差小于5%。這相當(dāng)于在100個(gè)足球場(chǎng)的面積上要很均勻地鋪上一層約1公分厚的泥土,而且誤差要控制在0.05公分的范圍內(nèi)。蝕刻:另外一項(xiàng)重要的單元制程是蝕刻,這有點(diǎn)像是柏油路面的刨土機(jī)或鉆孔機(jī),把不要的薄層部分去除或挖一個(gè)深洞。只是在半導(dǎo)體制程中,通常是用化學(xué)反應(yīng)加上高能的電漿,而不是用機(jī)械的方式。在未來的納米蝕刻技術(shù)中,有一項(xiàng)深度對(duì)寬度的比值需求是相當(dāng)于要挖一口100公尺的深井,挖完之后再用三種不同的材料填滿深井,可是每一層材料的厚度只有10層原子或分子左右。這也是技術(shù)上的一大挑戰(zhàn)。功率器件半導(dǎo)體器件加工工廠