Quali sono le tre principali categorie di materiali nella catena dell’industria manifatturiera dei semiconduttori?

Il semiconduttore si riferisce al materiale con conduttività elettrica tra conduttore e isolante a temperatura ambiente, che svolge un ruolo vitale nel campo della scienza, della tecnologia e dell'economia. In termini di classificazione, i semiconduttori possono essere suddivisi in circuiti integrati, dispositivi discreti, optoelettronica ottica e sensori, tra i quali i circuiti integrati rappresentano la quota maggiore, oltre l'80%; dispositivi discreti, optoelettronica e sensori occupano il resto, che sono collettivamente chiamati D-O-S. Suddiviso in prodotti specifici, il circuito integrato può essere suddiviso in chip digitale e chip analogico, il circuito digitale comprende chip logico, memoria e microprocessore, il chip analogico comprende principalmente chip di gestione dell'alimentazione e catena del segnale.

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Dal punto di vista dei materiali, esistono tre categorie principali di materiali legati all’industria dei semiconduttori:

1. materiali della matrice; 2. materiali di fabbricazione; 3 materiali di imballaggio.

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1. Materiale della matrice

Wafer di silicio

A seconda dei diversi materiali del chip, è suddiviso in wafer di silicio (semiconduttore di prima generazione) e semiconduttore composto. Tra questi, il wafer di silicio è il più utilizzato ed è la materia prima più importante nel processo di produzione dei circuiti integrati. I wafer di silicio sono tutti wafer di silicio monocristallino e la purezza dei materiali di silicio applicati nell'elettronica di potenza è maggiore e di solito richiede una purezza superiore a 11N.

Composto chimico semiconduttivo 

I semiconduttori composti si riferiscono principalmente all'arseniuro di gallio (GaAs), al fosfato di indio (InP), al nitruro di gallio (GaN) e al carburo di silicio (SiC) e ad altri semiconduttori di seconda e terza generazione, rispetto alla prima generazione di semiconduttori singoli (come il silicio (Si ), semiconduttore di germanio (Ge), semiconduttore composto con prestazioni ad alta frequenza, prestazioni ad alta temperatura sono eccellenti.

La prima generazione: l'applicazione di silicio e germanio promuove l'ascesa dei circuiti digitali e delle industrie correlate, l'attuale prodotto rappresentativo è il silicio; la seconda generazione: l'applicazione dell'arseniuro di gallio e del fosfato di indio, favorisce lo sviluppo di una serie di industrie come la comunicazione; la terza generazione: l’applicazione di materiali semiconduttori come il nitruro di gallio e il carburo di silicio, che promuove direttamente lo sviluppo di una serie di settori come l’illuminazione dei semiconduttori, i display e i veicoli elettrici.

La direzione del punto caldo del semiconduttore di terza generazione

2. Materiali di produzione

Materiale lucidante

I materiali di lucidatura nei semiconduttori si riferiscono generalmente ai materiali utilizzati nel processo di lucidatura chimico-meccanica CMP. La lucidatura CMP è il processo chiave per ottenere l'appiattimento uniforme globale del wafer.

I materiali lucidanti possono essere generalmente suddivisi in tampone lucidante, fluido lucidante, regolatore e detergente, tra i quali i primi due sono i più critici. Il materiale del tampone di lucidatura è generalmente poliuretano o poliestere addizionato con poliestere saturo, il liquido lucidante è generalmente composto da particelle solide superfini abrasive (come silice su scala nanometrica, particelle di allumina, ecc.), tensioattivo, stabilizzante, ossidante, ecc.

Fotoresist 

Il fotoresist, noto anche come fotoresist, è un liquido misto sensibile alla luce. I suoi componenti includono: fotoiniziatori (compresi fotosensibilizzatori, acido fotogenico), resina fotoresist, monomero, solvente e altri additivi. Il fotoresist può trasferire la grafica fine richiesta dalla fotomaschera (maschera) al substrato da elaborare attraverso processi di reazione fotochimica e fotografia come esposizione e sviluppo. A seconda dello scenario di utilizzo, il substrato da elaborare può essere un materiale per circuiti integrati, materiale per display (LCD) o circuito stampato (PCB). Può essere caratterizzato da fotoresist, che può essere suddiviso in fotoresist positivo e fotoresist negativo.

Dal punto di difficoltà tecnica: fotoresist PCB

I prodotti chimici microelettronici appartenenti al fotoresist rappresentano il campo di intersezione tra l'industria elettronica e l'industria chimica, che è un tipico settore ad alta intensità tecnologica. Impegnato nel settore dei prodotti chimici microelettronici richiede tecnologie di produzione chiave che corrispondano allo sviluppo di frontiera dell'industria elettronica, come tecnologia di miscelazione, tecnologia di separazione, tecnologia di purificazione, tecnologia di analisi e ispezione, tecnologia di trattamento ambientale e monitoraggio corrispondente al processo di produzione. Le barriere tecniche del fotoresist includono la tecnologia di formulazione, la tecnologia di controllo della qualità e la tecnologia delle materie prime. La tecnologia della formula è il nucleo della funzione del fotoresist, la tecnologia di controllo della qualità può garantire la stabilità delle prestazioni del fotoresist e le materie prime di alta qualità sono la base delle prestazioni del fotoresist.

Maschera

L'industria è anche conosciuta come maschera luminosa, fotommask, maschera litografica. Materiali: vetro al quarzo, metallo cromato e adesivo fotosensibile. Il prodotto è costituito da vetro al quarzo come substrato, sul quale è placcato uno strato di cromo metallico e fotopolimero, che diventa un materiale fotosensibile. La grafica del circuito progettato viene esposta al fotopolimero tramite apparecchiature laser elettroniche, e l'area esposta verrà sviluppata per formare la grafica del circuito sul cromo metallico per formare una fotomaschera simile a quella del negativo esposto, che verrà poi applicata ai circuiti integrati per la proiezione ed il posizionamento e la fotoincisione dei circuiti progettati viene effettuata tramite una macchina fotolitografica a circuiti integrati. Quindi viene applicato per progettare il posizionamento dei circuiti integrati e la fotoincisione dei circuiti proiettati mediante la macchina per fotolitografia a circuiti integrati e le sue procedure di produzione e lavorazione sono: esposizione, sviluppo, fotopolimerizzazione e infine applicate alla fotoincisione.

La fotografia è la parte tecnologica principale dei semiconduttori

Obiettivi sputtering

Il materiale sorgente preparato mediante film di sputtering, noto anche come target di sputtering, in particolare il target di sputtering ad elevata purezza utilizzato nella deposizione fisica da vapore (Physical _ Vapor _ Deposition), processo di produzione di componenti PVD, è il materiale chiave per la preparazione di wafer, pannelli, celle solari e altre pellicole elettroniche di superficie. Nello stato di vuoto, la superficie solida viene bombardata da ioni accelerati e gli atomi scambiano quantità di moto, in modo che gli atomi sulla superficie solida lascino il solido e si depositino sulla superficie del substrato per formare la pellicola richiesta. Questo processo è chiamato sputtering. Il solido bombardato è il materiale di partenza per depositare la pellicola, spesso definita bersaglio.

Il dispositivo a componente singolo del chip semiconduttore è composto da substrato, strato isolante, strato dielettrico, strato conduttore e strato protettivo, tra cui lo strato intermedio, lo strato conduttore e persino lo strato protettivo vengono utilizzati nel processo di rivestimento sputtering. Gli obiettivi per il rivestimento nel campo dei circuiti integrati includono principalmente target in alluminio, target in titanio, target in rame, target in tantalio, target in tungsteno e titanio, ecc., e il materiale target richiede elevata purezza, generalmente superiore a 5N (99,999%).

Prodotti chimici umidi

I prodotti chimici elettronici umidi, comunemente noti anche come reagenti ultrapuliti ad elevata purezza, si riferiscono a vari reagenti chimici ad elevata purezza utilizzati nel processo di produzione dei semiconduttori. In base allo scopo possono essere suddivisi in prodotti chimici generali e prodotti chimici funzionali, tra i quali i prodotti chimici generali si riferiscono generalmente a solventi chimici puri di elevata purezza, come acqua deionizzata ad elevata purezza, acido fluoridrico, acido solforico, acido fosforico, acido nitrico e altri reagenti comuni .

Nel processo di produzione dei wafer, i solventi chimici ad elevata purezza vengono utilizzati principalmente per pulire particelle, residui organici, ioni metallici, strati di ossido naturale e altri inquinanti. Le sostanze chimiche funzionali si riferiscono alle formule chimiche che raggiungono funzioni speciali e soddisfano i requisiti di processo speciali nel processo di produzione, come soluzioni di sviluppo, soluzioni di strippaggio, soluzioni detergenti, soluzioni di incisione, ecc., che vengono spesso utilizzate nell'incisione, nello sputtering e in altri processi collegamenti.

Gas speciale elettronico

Per gas speciale elettronico si intendono tutti i tipi di gas speciali che devono essere utilizzati nel processo di preparazione del chip semiconduttore. Secondo la composizione chimica del gas, questo può essere suddiviso in gas generale e gas speciale. Inoltre, a seconda dell'uso, può essere suddiviso in gas drogante, gas epitassiale, gas di iniezione ionica, gas di diodi emettitori di luce, gas di incisione, gas di deposizione di vapori chimici e gas di bilanciamento. Similmente ai reagenti ad elevata purezza, anche il gas speciale elettronico ha requisiti molto elevati di purezza del gas, richiedendo fondamentalmente un contenuto di impurità di ppt al di sotto del livello. Questo perché la dimensione del circuito IC ha raggiunto il livello nano, qualsiasi traccia di impurità residue nel gas può causare cortocircuiti del semiconduttore o danni alla linea.

3. Materiale di imballaggio

L'imballaggio dei semiconduttori si riferisce al processo in cui i wafer testati vengono elaborati per ottenere un chip indipendente in base al modello del prodotto e ai requisiti funzionali. I materiali necessari nell'intero processo di imballaggio includono principalmente materiali per l'adesione dei trucioli, materiali per l'imballaggio in ceramica, filo adesivo, telaio in piombo, substrato per l'imballaggio, materiali da taglio e così via.

Materiali di rilegatura

Il materiale legante è un materiale che utilizza la tecnologia di collegamento per collegare il nucleo del tubo alla base o al substrato dell'imballaggio. In termini di proprietà fisiche e chimiche, dovrebbe soddisfare i requisiti di elevata resistenza meccanica, prestazioni chimiche stabili, conduttività conduttiva e termica, bassa temperatura di indurimento e forte operabilità. Nell'applicazione pratica, le principali tecnologie di incollaggio includono la tecnologia di incollaggio della pasta d'argento, la tecnologia di incollaggio del vetro a basso punto di fusione, la tecnologia adesiva conduttiva, la tecnologia di incollaggio, la tecnologia adesiva epossidica e la tecnologia di saldatura co-cristallo.

Substrato di imballaggio

Il materiale di imballaggio svolge principalmente il ruolo di proteggere il chip e collegare il circuito inferiore. Il chip completo è composto da un chip nudo e da un corpo del pacchetto. Il substrato del pacchetto può proteggere, riparare e supportare il chip.

Il substrato di imballaggio può essere suddiviso in organico, inorganico e composito, con vantaggi e svantaggi nei diversi campi dell'imballaggio. Il substrato organico ha una bassa costante dielettrica e una facile lavorazione, adatto per la trasmissione di segnali ad alta frequenza con requisiti di bassa conduttività termica; substrato inorganico con supporto ceramico, buona resistenza al calore, facilità di cablaggio e stabilità dimensionale, ma costi limitati e tossicità dei materiali; il substrato composito è costituito da diversi materiali organici e inorganici in base alle diverse caratteristiche della domanda.

Materiali per imballaggio in ceramica

Il materiale da imballaggio in ceramica è un tipo di materiale da imballaggio elettronico, utilizzato per supportare il supporto meccanico, la sigillatura ambientale, la dissipazione del calore e altre funzioni. Rispetto ai materiali da imballaggio in metallo e ai materiali da imballaggio in plastica, i materiali da imballaggio in ceramica hanno una buona resistenza all'umidità, un buon tasso di espansione della linea e conduttività termica, prestazioni estremamente stabili nei macchinari elettrotermici e altri aspetti, ma costi di lavorazione elevati ed elevata fragilità.

Materiali da taglio

Wafslice è un processo essenziale nel processo di produzione di chip semiconduttori, che è quest'ultimo processo nella produzione di wafer. L'intero wafer del chip viene diviso in un unico chip (die) in base alla dimensione del chip, che viene chiamato fetta di wafer.

I primi wafer venivano incisi (tagliati) con il sistema di incisione, e ora questo metodo occupa ancora un'ampia quota del mercato mondiale del taglio dei chip, soprattutto nel campo dell'incisione di wafer a circuito non integrato. Il metodo a fette con lama diamantata (mola) è un metodo comune a fette di wafer. Il nuovo tipo di fetta di wafer laser appartiene alla lavorazione senza contatto, che non produce stress meccanico sul wafer e provoca meno danni al wafer. A causa del punto a fuoco del laser, la messa a fuoco può essere piccola fino all'ordine dei submicrometri, migliorando così la microlavorazione del wafer.

Telaio in piombo e materiale di collegamento

Il telaio di piombo come porta chip del circuito integrato, è un tipo di materiale legante (filo d'oro, filo di alluminio, filo di rame), estremità del cavo del circuito interno del chip e connessione elettrica del cavo esterno, forma la struttura chiave del circuito elettrico, svolge il ruolo ruolo del ponte e del collegamento del cavo esterno, la maggior parte del blocco integrato del semiconduttore deve utilizzare il telaio conduttore, è un materiale di base importante nel settore dell'informazione elettronica.

La lega di rame utilizzata nel telaio conduttore può essere approssimativamente divisa in rame un ferro, rame un nichel-silicio, rame un cromo, rame un nichel uno stagno (lega JK-2), ecc. Le leghe di rame multiple ternarie e a quattro elementi possono ottenere prestazioni migliori rispetto alla tradizionale lega binaria.

Riferimento:

1. Rapporto speciale sui materiali semiconduttori; Titoli di Dongguan.

2. Rapporto speciale sui materiali semiconduttori; Titoli Guosen.

3. Divulgare il metodo preciso del coltello per tagliare i wafer IC; Il blog di Chuanbin Wu.

Questo articolo è stato ripreso da Powder360.