Was sind die drei Hauptkategorien von Materialien in der Halbleiterfertigungskette?

Unter Halbleiter versteht man das Material mit elektrischer Leitfähigkeit zwischen Leiter und Isolator bei Raumtemperatur, das im Bereich Wissenschaft, Technik und Wirtschaft eine entscheidende Rolle spielt. Hinsichtlich der Klassifizierung können Halbleiter in integrierte Schaltkreise, diskrete Geräte, optische Optoelektronik und Sensoren unterteilt werden, wobei integrierte Schaltkreise mit mehr als 80 % den größten Anteil ausmachen; Den Rest belegen diskrete Geräte, Optoelektronik und Sensoren, die zusammenfassend als D-O-S bezeichnet werden. Unterteilt in spezifische Produkte kann die integrierte Schaltung in digitale Chips und analoge Chips unterteilt werden, digitale Schaltungen umfassen Logikchips, Speicher und Mikroprozessoren, analoge Chips umfassen hauptsächlich Energieverwaltungschips und Signalketten.

Quellenangabe 1

Aus Sicht der Materialien gibt es drei Hauptkategorien von Materialien im Zusammenhang mit der Halbleiterindustrie:

1. Matrixmaterialien; 2. Herstellungsmaterialien; 3 Verpackungsmaterialien.

Quellenangabe 2

1. Matrixmaterial

Siliziumwafer

Entsprechend den verschiedenen Chipmaterialien wird in Siliziumwafer (Halbleiter der ersten Generation) und Verbindungshalbleiter unterteilt. Unter diesen werden Siliziumwafer am häufigsten verwendet und sind der wichtigste Rohstoff im Herstellungsprozess von ICs. Bei Siliziumwafern handelt es sich ausschließlich um monokristalline Siliziumwafer, und die Reinheit der in der Leistungselektronik verwendeten Siliziummaterialien ist höher und erfordert normalerweise eine Reinheit von mehr als 11 N.

Halbleitende chemische Verbindung 

Verbindungshalbleiter beziehen sich hauptsächlich auf Galliumarsenid (GaAs), Indiumphosphat (InP), Galliumnitrid (GaN) und Siliziumkarbid (SiC) sowie andere Halbleiter der zweiten und dritten Generation, im Vergleich zur ersten Generation von Einzelhalbleitern (wie Silizium (Si). ), Germanium (Ge)-Halbleiter), Verbindungshalbleiter in der Hochfrequenzleistung, Hochtemperaturleistung ist viele ausgezeichnet.

Die erste Generation: Die Anwendung von Silizium und Germanium fördert den Aufstieg digitaler Schaltkreise und verwandter Industrien. Das aktuelle repräsentative Produkt ist Silizium. die zweite Generation: Die Anwendung von Galliumarsenid und Indiumphosphat fördert die Entwicklung einer Reihe von Branchen wie der Kommunikation; die dritte Generation: die Anwendung von Halbleitermaterialien wie Galliumnitrid und Siliziumkarbid, was die Entwicklung einer Reihe von Industrien wie Halbleiterbeleuchtung, Display und Elektrofahrzeuge direkt fördert.

Die Hot-Spot-Richtung des Halbleiters der dritten Generation

2. Herstellungsmaterialien

Poliermaterial

Poliermaterialien in Halbleitern beziehen sich im Allgemeinen auf die Materialien, die im Prozess des chemisch-mechanischen CMP-Polierens verwendet werden. Das CMP-Polieren ist der Schlüsselprozess, um eine weltweit gleichmäßige Glättung des Wafers zu erreichen.

Poliermaterialien können im Allgemeinen in Polierpad, Polierflüssigkeit, Regler und Reiniger unterteilt werden, wobei die ersten beiden die kritischsten sind. Das Material des Polierkissens besteht im Allgemeinen aus Polyurethan oder Polyester mit Zusatz von gesättigtem Polyester. Die Polierflüssigkeit besteht im Allgemeinen aus superfeinen festen Schleifpartikeln (z. B. nanoskalige Kieselsäure, Aluminiumoxidpartikel usw.), Tensiden, Stabilisatoren, Oxidationsmitteln usw.

Fotolack 

Fotolack, auch Fotolack genannt, ist eine lichtempfindliche Mischflüssigkeit. Zu seinen Komponenten gehören: Photoinitiatoren (einschließlich Photosensier, photogene Säure), Photoresistharz, Monomer, Lösungsmittel und andere Additive. Fotolack kann die erforderlichen feinen Grafiken durch fotochemische Reaktionen und fotografische Prozesse wie Belichtung und Entwicklung von der Fotomaske (Maske) auf das zu verarbeitende Substrat übertragen. Je nach Anwendungsszenario kann es sich bei dem zu verarbeitenden Substrat um ein Material für integrierte Schaltkreise, ein Display-Panel-Material (LCD) oder eine Leiterplatte (PCB) handeln. Es kann durch Fotolack charakterisiert werden, der in positiven Fotolack und negativen Fotolack unterteilt werden kann.

Aus technischer Sicht: PCB-Fotolack

Die zum Fotolack gehörenden mikroelektronischen Chemikalien bilden den Schnittpunkt zwischen der Elektronikindustrie und der chemischen Industrie, einer typischen technologieintensiven Industrie. Das Engagement im Mikroelektronik-Chemiegeschäft erfordert wichtige Produktionstechnologien, die mit der Grenzentwicklung der Elektronikindustrie übereinstimmen, wie z. B. Mischtechnik, Trenntechnik, Reinigungstechnik, Analyse- und Inspektionstechnik, Umweltbehandlungs- und Überwachungstechnik, die mit dem Produktionsprozess abgestimmt sind. Zu den technischen Barrieren von Fotoresist gehören Formulierungstechnologie, Qualitätskontrolltechnologie und Rohstofftechnologie. Die Formeltechnologie ist der Kern der Fotoresistfunktion, die Qualitätskontrolltechnologie kann die Stabilität der Fotoresistleistung sicherstellen und hochwertige Rohstoffe sind die Grundlage der Fotoresistleistung.

Maske

Die Branche wird auch als Lichtmaske, Fotomaske oder Lithografiemaske bezeichnet. Materialien: Quarzglas, Metallchrom und lichtempfindlicher Klebstoff. Das Produkt besteht aus Quarzglas als Substrat, auf das eine Schicht aus Metallchrom und Photopolymer plattiert wird, die zu einem lichtempfindlichen Material wird. Die entworfenen Schaltkreisgrafiken werden dem Photopolymer durch elektronische Lasergeräte ausgesetzt, und der belichtete Bereich wird entwickelt, um die Schaltkreisgrafiken auf dem Metallchrom zu bilden und so eine Fotomaske ähnlich der des belichteten Negativs zu bilden, die dann auf die integrierten Schaltkreise aufgebracht wird für die Projektion und Positionierung, und das Fotoätzen der projizierten Schaltkreise wird von einer integrierten Schaltkreis-Fotolithografiemaschine durchgeführt. Dann wird es angewendet, um die Positionierung integrierter Schaltkreise und das Fotoätzen der projizierten Schaltkreise durch die Fotolithografiemaschine für integrierte Schaltkreise zu projizieren. Die Produktions- und Verarbeitungsverfahren sind: Belichtung, Entwicklung, Fotopolymerisation und schließlich Fotoätzen.

Fotografie ist der Kerntechnologieteil der Halbleiterindustrie

Sputtertargets

Das durch Sputtern von Filmen hergestellte Ausgangsmaterial, auch Sputtertarget genannt, insbesondere das hochreine Sputtertarget, das bei der physikalischen Gasphasenabscheidung (Physical _ Vapour _ Deposition) und dem Herstellungsprozess von PVD-Komponenten verwendet wird, ist das Schlüsselmaterial für die Vorbereitung von Wafern, Panels, Solarzellen und andere elektronische Oberflächenfolien. Im Vakuumzustand wird die Festkörperoberfläche mit beschleunigten Ionen beschossen und die Atome tauschen Impulse aus, sodass die Atome auf der Festkörperoberfläche den Festkörper verlassen und sich auf der Substratoberfläche ablagern, um den erforderlichen Film zu bilden. Dieser Vorgang wird Sputtern genannt. Der bombardierte Feststoff ist das Ausgangsmaterial für die Abscheidung des Films, oft auch als Target bezeichnet.

Die Einzelkomponentenvorrichtung eines Halbleiterchips besteht aus einem Substrat, einer Isolationsschicht, einer dielektrischen Schicht, einer Leiterschicht und einer Schutzschicht, von denen die mittlere Schicht, die Leiterschicht und sogar die Schutzschicht im Sputterbeschichtungsprozess verwendet werden. Zu den Zielen für die Beschichtung im Bereich der integrierten Schaltkreise gehören hauptsächlich Aluminiumtargets, Titantargets, Kupfertargets, Tantaltargets, Wolfram- und Titantargets usw., und das Targetmaterial erfordert eine hohe Reinheit, im Allgemeinen über 5 N (99,999 %).

Nasschemikalien

Nasse elektronische Chemikalien, auch bekannt als ultrareine hochreine Reagenzien, beziehen sich auf verschiedene hochreine chemische Reagenzien, die im Halbleiterherstellungsprozess verwendet werden. Je nach Zweck können allgemeine Chemikalien und funktionelle Chemikalien unterteilt werden, wobei sich allgemeine Chemikalien im Allgemeinen auf reine chemische Lösungsmittel hoher Reinheit beziehen, wie z. B. hochreines entionisiertes Wasser, Flusssäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure, Salpetersäure und andere gängige Reagenzien .

Bei der Waferherstellung werden vor allem hochreine chemische Lösungsmittel eingesetzt, um Partikel, organische Rückstände, Metallionen, natürliche Oxidschichten und andere Schadstoffe zu reinigen. Funktionelle Chemikalien beziehen sich auf Formelchemikalien, die besondere Funktionen erfüllen und die besonderen Prozessanforderungen im Herstellungsprozess erfüllen, wie z. B. Entwicklungslösung, Abbeizlösung, Reinigungslösung, Ätzlösung usw., die häufig beim Ätzen, Sputtern und anderen Prozessen verwendet werden Links.

Elektronisches Spezialgas

Unter elektronischem Spezialgas versteht man alle Arten von Spezialgasen, die im Herstellungsprozess von Halbleiterchips verwendet werden müssen. Je nach chemischer Zusammensetzung kann das Gas in allgemeine Gase und Spezialgase unterteilt werden. Darüber hinaus kann es je nach Verwendung in Dotiergas, Epitaxiegas, Ioneninjektionsgas, Leuchtdiodengas, Ätzgas, Gas für die chemische Gasphasenabscheidung und Ausgleichsgas unterteilt werden. Ähnlich wie hochreine Reagenzien stellt auch elektronisches Spezialgas sehr hohe Anforderungen an die Gasreinheit und erfordert grundsätzlich einen Verunreinigungsgehalt von ppt unter dem Niveau. Dies liegt daran, dass die Größe des IC-Schaltkreises den Nanobereich erreicht hat. Jede Spur von Restverunreinigungen im Gas kann zu einem Halbleiterkurzschluss oder einer Leitungsbeschädigung führen.

3. Verpackungsmaterial

Unter Halbleiterverpackung versteht man den Prozess, bei dem die getesteten Wafer entsprechend dem Produktmodell und den Funktionsanforderungen verarbeitet werden, um einen unabhängigen Chip zu erhalten. Zu den im gesamten Verpackungsprozess benötigten Materialien gehören hauptsächlich Chip-Bondmaterialien, keramische Verpackungsmaterialien, Bonddrähte, Leiterrahmen, Verpackungssubstrate, Schneidmaterialien usw.

Bindematerialien

Bindematerial ist ein Material, das mittels Klebetechnik den Rohrkern mit der Unterlage oder dem Verpackungssubstrat verbindet. In Bezug auf die physikalischen und chemischen Eigenschaften sollte es die Anforderungen einer hohen mechanischen Festigkeit, einer stabilen chemischen Leistung, einer Leit- und Wärmeleitfähigkeit, einer niedrigen Aushärtungstemperatur und einer guten Bedienbarkeit erfüllen. In der praktischen Anwendung gehören zu den wichtigsten Klebetechnologien die Silberpasten-Klebetechnologie, die Glasklebetechnologie mit niedrigem Schmelzpunkt, die leitfähige Klebetechnologie, die Klebetechnologie, die Epoxidklebstofftechnologie und die Co-Kristall-Schweißtechnologie.

Verpackungssubstrat

Das Verpackungsmaterial dient hauptsächlich dem Schutz des Chips und der Verbindung mit der unteren Leiterplatte. Der komplette Chip besteht aus einem nackten Chip und einem Gehäusekörper. Das Gehäusesubstrat kann den Chip schützen, fixieren und stützen.

Verpackungssubstrate können in organische, anorganische und zusammengesetzte Substrate unterteilt werden, mit Vor- und Nachteilen in verschiedenen Verpackungsbereichen. Das organische Substrat hat eine niedrige Dielektrizitätskonstante und ist leicht zu verarbeiten. Es eignet sich für die Übertragung von Hochfrequenzsignalen mit geringen Anforderungen an die Wärmeleitfähigkeit. anorganisches Substrat mit Keramikträger, gute Hitzebeständigkeit, einfache Verdrahtung und Dimensionsstabilität, aber begrenzte Kosten und Materialtoxizität; Verbundsubstrat besteht aus verschiedenen organischen und anorganischen Materialien entsprechend unterschiedlichen Bedarfsmerkmalen.

Keramische Verpackungsmaterialien

Keramisches Verpackungsmaterial ist eine Art elektronisches Verpackungsmaterial, das für die mechanische Unterstützung, die Abdichtung gegen die Umgebung, die Wärmeableitung und andere Funktionen verwendet wird. Im Vergleich zu Verpackungsmaterialien aus Metall und Verpackungsmaterialien aus Kunststoff weisen Keramikverpackungsmaterialien eine gute Feuchtigkeitsbeständigkeit, eine gute Leitungsausdehnungsrate und Wärmeleitfähigkeit, eine äußerst stabile Leistung in elektrothermischen Maschinen und andere Aspekte auf, weisen jedoch hohe Verarbeitungskosten und eine hohe Sprödigkeit auf.

Schneidmaterialien

Wafslice ist ein wesentlicher Prozess bei der Herstellung von Halbleiterchips, dem letzteren Prozess bei der Waferherstellung. Der gesamte Wafer des Chips wird entsprechend der Größe des Chips in einen einzigen Chip (Die) unterteilt, der als Wafer-Slice bezeichnet wird.

Die ersten Wafer wurden mit dem Ritzsystem geritzt (geschnitten), und auch heute noch nimmt diese Methode einen großen Anteil am weltweiten Chipschneidemarkt ein, insbesondere im Bereich des Ritzens von Wafern mit nicht integrierten Schaltkreisen. Das Scheibenverfahren mit Diamantsägeblättern (Schleifscheiben) ist ein gängiges Scheibenverfahren für Wafer. Der neuartige Laser-Waferschnitt gehört zur berührungslosen Bearbeitung, die keine mechanische Belastung des Wafers erzeugt und den Wafer weniger beschädigt. Aufgrund des Fokuspunkts des Lasers kann der Fokus bis in die Größenordnung von Submikrometern reichen, wodurch die Mikrobearbeitung des Wafers verbessert wird.

Leiterrahmen und Verbindungsmaterial

Der Leiterrahmen als Chipträger des integrierten Schaltkreises ist eine Art Verbindungsmaterial (Golddraht, Aluminiumdraht, Kupferdraht), das interne Leiterende des Chips und die elektrische Verbindung des externen Leiters und bilden die Schlüsselstruktur des elektrischen Schaltkreises Die Rolle der Brücke und der externen Drahtverbindung, die meisten integrierten Halbleiterblöcke müssen den Leiterrahmen verwenden, ist ein wichtiges Grundmaterial in der elektronischen Informationsindustrie.

Die im Leiterrahmen verwendete Kupferlegierung kann grob unterteilt werden in Kupfer eins Eisen, Kupfer eins Nickel-Silizium, Kupfer eins Chrom, Kupfer eins Nickel eins Zinn (JK-2-Legierung) usw. Die ternären und vier Elemente umfassenden Kupferlegierungen können eine bessere Leistung erzielen als die herkömmliche binäre Legierung.

Referenz:

1. Sonderbericht über Halbleitermaterialien; Dongguan-Wertpapiere.

2. Sonderbericht über Halbleitermaterialien; Guosen Securities.

3. Die präzise Messermethode zum Würfeln von IC-Wafern populär machen; Chuanbin Wus Blog.

Dieser Artikel ist ein Nachdruck von Powder360.