半导体制造工艺中的主要设备及材料大盘点

半导体设备和材料是产业链的上游，是促进技术进步的关键环节。半导体设备和材料被用于许多领域，例如集成电路和LED，其中集成电路的比例和技术难度最高。

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C制造过程及其所需的设备和材料

半导体产品的加工主要包括晶圆制造（前端）和封装（后端）测试。随着先进封装技术的渗透，晶圆制造和封装之间便有了一个过程。该链接称为“中端”。

由于半导体产品的处理程序很多，因此在制造过程中需要大量的半导体设备和材料。在这里，我们以最复杂的晶圆制造（前路）和传统封装（后路）工艺为例，说明制造过程所需的设备和材料。

▲IC产业链

IC晶圆生产线的主要生产区域以及所需的设备和材料

晶圆生产线可分为7个独立的生产区域：扩散（热工艺），光刻（光刻），蚀刻（蚀刻），离子注入（离子注入），薄膜生长（介电沉积），抛光（CMP） 3.金属化。

这七个主要生产领域以及相关的步骤和测量都在晶圆清洗厂中进行。在这些生产区域中放置了几种半导体器件，以满足不同的需求。例如，在光刻领域，除了光刻机外，还将有配套的胶水/显影和测量设备。

▲先进的包装技术和中端技术

▲IC晶圆制造流程图

▲IC晶圆生产线的主要生产区域以及所需的设备和材料

传统包装工艺

传统的包装（后端）测试过程可以大致分为8个主要步骤：背面减薄，晶圆切割，打补丁，引线键合，成型，电镀，切割/成型和最终测试。与IC晶圆制造（前端）相比，后端封装相对简单，技术难度较低，对工艺环境，设备和材料的要求也低于晶圆制造。

▲传统包装的主要步骤以及所需的设备和材料

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主要半导体设备及所用材料

1）氧化炉

设备功能：氧化半导体材料，提供所需的氧化气氛，实现预期的半导体氧化工艺，是半导体加工过程中必不可少的部分。

所用材料：硅片，氧气，惰性气体等

国外主要制造商：英国Thermco公司，德国Centrothermthermal Solutions GmbH Co.KG等。

国内主要制造商：七星电子，青岛富朗德，中国电子科技集团第48研究所，青岛旭光仪器设备有限公司，中国电子科技集团第45研究所等。

2）PVD（物理气相沉积）

设备功能：通过偶极溅射中平行于靶表面的闭合磁场，以及在靶表面上形成的正交电磁场，将二次电子束缚在靶表面上的特定区域，以实现高离子密度和高能量电离。将靶原子或分子以高速率溅射沉积在基板上以形成薄膜。

使用的材料：靶材，惰性气体等

国外主要制造商：美国应用材料公司，美国PVD公司，美国Vaportech公司，英国Teer公司，瑞士Platit公司，德国Cemecon公司等。

国内主要制造商：北方微电子，北京仪器厂，沉阳中科仪器，成都南光实业有限公司，中国电子科技集团公司48，核心设备有限公司等。

3) PECVD

设备功能：利用沉积室中的辉光放电使反应气体电离，从而在基板上进行化学反应，从而沉积出半导体薄膜材料。

使用的材料：特殊气体（前体，惰性气体等）。

主要国外制造商：美国的Proto Flex，日本的Tokki，日本的岛津，美国的Lam Research，荷兰的ASM International等。

国内主要制造商：北方微电子，中国电子科技集团45，北京仪器厂等。

4) MOCVD

设备功能：通过热分解反应在衬底上进行气相外延，并生长各种III-V，II-VI化合物半导体及其多种固溶体的薄单晶材料。

使用的材料：特殊气体（MO气源，惰性气体等）。

国外主要制造商：Aixtron，德国，Veeco等

国内主要制造商：中芯国际，中升光电，理想能源设备等。

5）光刻机

设备功能：将掩模上的图案转移到涂有光刻胶的基板（硅片）上，使光刻反应并为下一个处理（蚀刻或离子注入）做准备。

所需材料：光致抗蚀剂等

主要外国公司：荷兰Asmell（ASML），日本尼康，日本佳能，ABM，德国SUSS，Ultratech，奥地利EVG等。

国内主要公司：上海微电子设备（SMEE），中国电子科技集团48，中国电子科技集团45，成都光学机械研究所等。

6）胶水显影机

设备功能：与光刻机配合工作，首先将光刻胶均匀地涂在晶片上，以满足光刻机的工作要求；然后，处理通过光刻机曝光的晶片，并施加曝光的光致抗蚀剂。与紫外线发生化学反应的部分被去除或保留。

使用的材料：光刻胶，显影剂等

国外主要制造商：日本TEL，德国SUSS，奥地利EVG等

国内主要制造商：沉阳鑫源等

7）测试设备（CDSEM，OVL，AOI，膜厚等）

设备功能：通过表征半导体加工的形态和结构，检测缺陷，可以达到监控半导体加工，提高生产良率的目的。

所用材料：特殊气体等

国外主要制造商：美国KLA-Tencor，美国应用材料，日本日立，美国鲁道夫，以色列Camtek等。

国内主要公司：上海瑞丽科学仪器有限公司等

8）干蚀刻机

设备功能：在扁平电极之间施加高频电压，产生数百微米厚的离子层，放入图形，离子高速冲击图形中，实现化学反应刻蚀和物理冲击，实现半导体加工。

所用材料：特殊气体等

国外主要制造商：美国应用材料，美国林研究，韩国巨星，韩国TES等。

国内主要企业：中国微电子，北方微电子，中国电子科技集团第四十八研究所等。

9）CMP（化学机械抛光）

设备功能：通过机械研磨和化学液体溶解“腐蚀”的共同作用，对要研磨的物体（半导体）进行抛光。

所用材料：抛光液，抛光垫等

国外主要制造商：美国应用材料公司，美国Rtec公司等。

国内主要制造商：华海轻科，盛美半导体，中电45等

10）晶圆贴合机

设备功能：两个晶片相互结合，表面原子彼此反应产生共价键，这是实现3D晶片堆叠的重要设备。

所用材料：粘接胶等

国外主要制造商：德国SUSS，奥地利EVG等

国内主要制造商：苏州美图和上海微电子设备。

11）湿法工艺设备（电镀，清洁，湿法蚀刻等）

设备功能：1）电镀设备：将电镀液中的金属离子电镀到晶片表面形成金属互连； 2）清洁设备：去除晶圆表面上的残留物和污染物； 3）湿法蚀刻设备：化学蚀刻液和被蚀刻物质之间的化学反应将剥离被蚀刻物质。

所用材料：电镀液，清洗液，蚀刻液等

国外主要制造商：日本DNS，美国应用材料，美国Mattson（北京亦庄国家投资公司收购）等。

国内主要制造商：胜美半导体，上海信阳，沉阳信源，苏州西太电子等。

12）离子注入

器件功能：掺杂半导体材料表面附近的区域。

所用材料：特殊气体等

国外主要制造商：美国AMAT等

国内主要制造商：中国电子科技集团公司48，中科新等

13）晶圆测试（CP）系统

设备功能：通过探头与半导体器件焊盘的接触进行电气测试，以检查半导体性能指标是否符合设计性能要求。

使用的材料：不适用。

国外主要制造商：Advantest，Teradyne等

国内主要制造商：北京华丰测控，上海宏策，绍兴宏邦，杭州长川科技，中电45等。

14）晶圆减薄机

设备功能：通过抛光，减少了晶片的厚度。

所用材料：研磨液等

国外主要制造商：日本DISCO，日本OKAMOTO，以色列Camtek等。

国内主要生产企业：北京中电科，兰州蓝鑫高科技产业有限公司，深圳市方大磨床制造有限公司，深圳市金利力精密磨床制造有限公司，威安达磨床设备有限公司。 ，深圳华年丰科技有限公司等

15）晶圆切片机

设备功能：将晶圆切成小块。

所用材料：切丁刀，切丁液等

国外主要制造商：日本DISCO等

国内主要制造商：中国电子科技集团公司第45号，北京中电科，北京科创远光电技术有限公司，沉阳仪器技术研究院，西北机械有限公司，盛晟机电设备公司，兰州蓝鑫高科技产业有限公司，大族激光等

16）焊线机

设备功能：用导电金属线（金线）连接半导体芯片上的焊盘和引脚上的焊盘。

所用材料：金属线等

国外主要制造商：ASM Pacific等

国内主要生产企业：中国电子科技集团公司45，北京创新科技发展有限公司，北京中电科，深圳凯久自动化设备有限公司等。