半導體制造的關鍵設備及材料盤點

半導體設備和材料處于產業鏈的上游，是推動技術進步的關鍵環節。半導體設備和材料應用于集成電路、LED等多個領域，其中以集成電路的占比和技術難度最高。

IC制造工藝流程及其所需設備和材料

半導體產品的加工過程主要包括晶圓制造（前道，Front-End）和封裝（后道，Back-End）測試，隨著先進封裝技術的滲透，出現介于晶圓制造和封裝之間的加工環節，稱為中道（Middle-End）。

由于半導體產品的加工工序多，所以在制造過程中需要大量的半導體設備和材料。在這里，我們以最為復雜的晶圓制造（前道）和傳統封裝（后道）工藝為例，說明制造過程所需要的設備和材料。

▲集成電路產業鏈

IC晶圓生產線的主要生產區域及所需設備和材料

晶圓生產線可以分成7個獨立的生產區域：擴散（Thermal Process）、光刻（Photo- lithography）、刻蝕（Etch）、離子注入（Ion Implant）、薄膜生長（Dielectric Deposition）、拋光（CMP）、金屬化（Metalization）。

這7個主要的生產區域和相關步驟以及測量等都是在晶圓潔凈廠房進行的。在這幾個生產區都放置有若干種半導體設備，滿足不同的需要。例如在光刻區，除了***之外，還會有配套的涂膠/顯影和測量設備。

▲先進封裝技術及中道（Middle-End）技術

▲IC晶圓制造流程圖

▲IC晶圓生產線的主要生產區域及所需設備和材料

傳統封裝工藝流程

傳統封裝（后道）測試工藝可以大致分為背面減薄、晶圓切割、貼片、引線鍵合、模塑、電鍍、切筋/成型和終測等8個主要步驟。與IC晶圓制造（前道）相比，后道封裝相對簡單，技術難度較低，對工藝環境、設備和材料的要求也低于晶圓制造。

▲傳統封裝的主要步驟及所需設備和材料

主要半導體設備及所用材料

1) 氧化爐

設備功能：為半導體材料進行氧化處理，提供要求的氧化氛圍，實現半導體預期設計的氧化處理過程，是半導體加工過程的不可缺少的一個環節。

所用材料：硅片、氧氣、惰性氣體等。

國外主要廠商：英國Thermco公司、德國Centrothermthermal Solutions GmbH Co.KG公司等。

國內主要廠商：七星電子、青島福潤德、中國電子科技集團第四十八所、青島旭光儀表設備有限公司、中國電子科技集團第四十五所等。

2) PVD（物理氣相沉積）

設備功能：通過二極濺射中一個平行于靶表面的封閉磁場，和靶表面上形成的正交電磁場，把二次電子束縛在靶表面特定區域，實現高離子密度和高能量的電離，把靶原子或分子高速率濺射沉積在基片上形成薄膜。

所用材料：靶材、惰性氣體等。

國外主要廠商：美國應用材料公司、美國PVD公司、美國Vaportech公司、英國Teer公司、瑞士Platit公司、德國Cemecon公司等。

國內主要廠商：北方微電子、北京儀器廠、沈陽中科儀器、成都南光實業股份有限公司、中國電子科技集團第四十八所、科睿設備有限公司等。

3) PECVD

設備功能：在沉積室利用輝光放電，使反應氣體電離后在襯底上進行化學反應，沉積半導體薄膜材料。

所用材料：特種氣體（前驅物、惰性氣體等）。

國外主要廠商：美國Proto Flex公司、日本Tokki公司、日本島津公司、美國泛林半導體（Lam Research）公司、荷蘭ASM國際公司等。

國內主要廠商：北方微電子、中國電子科技集團第四十五所、北京儀器廠等。

4) MOCVD

設備功能：以熱分解反應方式在襯底上進行氣相外延，生長各種Ⅲ-V族、Ⅱ-Ⅵ族化合物半導體以及它們的多元固溶體的薄層單晶材料。

所用材料：特種氣體（MO源、惰性氣體等）。

國外主要廠商：德國Aixtron愛思強公司、美國Veeco公司等。

國內主要廠商：中微半導體、中晟光電、理想能源設備等。

5) ***

設備功能：將掩膜版上的圖形轉移到涂有光刻膠的襯底（硅片）上，致使光刻發生反應，為下一步加工（刻蝕或離子注入）做準備。

所需材料：光刻膠等

國外主要公司：荷蘭阿斯麥（ASML）公司、日本尼康公司、日本Canon公司、美國ABM公司、德國SUSS公司、美國Ultratech公司、奧地利EVG公司等。

國內主要公司：上海微電裝備（SMEE）、中國電子科技集團第四十八所、中國電子科技集團第四十五所、成都光機所等。

6) 涂膠顯影機

設備功能：與***聯合作業，首先將光刻膠均勻地涂到晶圓上，滿足***的工作要求；然后，處理***曝光后的晶圓，將曝光后的光刻膠中與紫外光發生化學反應的部分除去或保留下來。

所用材料：光刻膠、顯影液等。

國外主要廠商：日本TEL、德國SUSS、奧地利EVG等。

國內主要廠商：沈陽芯源等。

7) 檢測設備（CDSEM、OVL、AOI、膜厚等）

設備功能：通過表征半導體加工中的形貌與結構、檢測缺陷，以達到監控半導體加工過程，提高生產良率的目的。

所用材料：特種氣體等。

國外主要廠商：美國的KLA-Tencor、美國應用材料、日本Hitachi、美國Rudolph公司、以色列Camtek公司等。

國內主要公司：上海睿勵科學儀器等。

8) 干法刻蝕機

設備功能：平板電極間施加高頻電壓，產生數百微米厚的離子層，放入式樣，離子高速撞擊式樣，實現化學反應刻蝕和物理撞擊，實現半導體的加工成型。

所用材料：特種氣體等。

國外主要廠商：美國應用材料公司、美國Lam Research公司、韓國JuSung公司、韓國TES公司等。

國內主要公司：中微半導體、北方微電子、中國電子科技集團第四十八所等。

9) CMP（化學機械研磨）

設備功能：通過機械研磨和化學液體溶解“腐蝕”的綜合作用，對被研磨體（半導體）進行研磨拋光。

所用材料：拋光液、拋光墊等。

國外主要廠商：美國Applied Materials公司、美國Rtec公司等。

國內主要廠商：華海清科、盛美半導體、中電45所等。

10) 晶圓鍵合機

設備功能：將兩片晶圓互相結合，并使表面原子互相反應，產生共價鍵合，合二為一，是實現3D晶圓堆疊的重要設備。

所用材料：鍵合膠等。

國外主要廠商：德國SUSS、奧地利EVG等。

國內主要廠商：蘇州美圖、上海微電子裝備。

11) 濕制程設備（電鍍、清洗、濕法刻蝕等）

設備功能：1）電鍍設備：將電鍍液中的金屬離子電鍍到晶圓表面，以形成金屬互連；2）清洗設備：去除晶圓表面的殘余物、污染物等；3）濕法刻蝕設備：通過化學刻蝕液和被刻蝕物質之間的化學反應將被刻蝕物質剝離下來。

所用材料：電鍍液、清洗液、刻蝕液等。

國外主要廠商：日本DNS、美國應用材料、美國Mattson（已被北京亦莊國投收購）公司等。

國內主要廠商：盛美半導體、上海新陽、沈陽芯源、蘇州偉仕泰克等。

12) 離子注入

設備功能：對半導體材料表面附近區域進行摻雜。

所用材料：特種氣體等。

國外主要廠商：美國AMAT公司等。

國內主要廠商：中國電子科技集團第四十八所、中科信等。

13) 晶圓測試（CP）系統

設備功能：通過探針與半導體器件的pad接觸，進行電學測試，檢測半導體的性能指標是否符合設計性能要求。

所用材料：NA。

國外主要廠商：愛德萬測試、泰瑞達等。

國內主要廠商：北京華峰測控、上海宏測、紹興宏邦、杭州長川科技、中電45所等

14) 晶圓減薄機

設備功能：通過拋磨，把晶圓厚度減薄。

所用材料：研磨液等。

國外主要廠商：日本DISCO公司、日本OKAMOTO公司、以色列Camtek公司等。

國內主要廠商：北京中電科、蘭州蘭新高科技產業股份有限公司、深圳方達研磨設備制造有限公司、深圳市金實力精密研磨機器制造有限公司、煒安達研磨設備有限公司、深圳市華年風科技有限公司等。

15) 晶圓劃片機

設備功能：把晶圓切割成小片的Die。

所用材料：劃片刀、劃片液等。

國外主要廠商：日本DISCO公司等。

國內主要廠商：中國電子科技集團第四十五所、北京中電科、北京科創源光電技術有限公司、沈陽儀器儀表工藝研究所、西北機器有限公司（原國營西北機械廠709廠）、匯盛電子電子機械設備公司、蘭州蘭新高科技產業股份有限公司、大族激光等。

16) 引線鍵合機

設備功能：把半導體芯片上的Pad與管腳上的Pad，用導電金屬線（金絲）鏈接起來。

所用材料：金屬絲等。

國外主要廠商：ASM太平洋等。

國內主要廠商：中國電子科技集團第四十五所、北京創世杰科技發展有限公司、北京中電科、深圳市開玖自動化設備有限公司等。