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tekhne露點(diǎn)儀在半導(dǎo)體制造及潔凈室內(nèi)的使用分析
半導(dǎo)體是半導(dǎo)體集成電路的縮寫。它是一種同時(shí)具有“導(dǎo)體"和“絕緣體"特性的物質(zhì)，其中“導(dǎo)體"具有良好的導(dǎo)電性能，而“絕緣體"具有較差的導(dǎo)電性能。
此外，由半導(dǎo)體晶體管（控制電流的元件）和二極管等電子元件組成的電路有時(shí)被稱為IC（集成電路）。 如果將導(dǎo)體想象成鐵等金屬，將絕緣體想象成橡膠，可能會(huì)更容易理解。
如上所述，半導(dǎo)體的特性介于導(dǎo)電的“導(dǎo)體"材料和不導(dǎo)電的“絕緣體"材料之間。用技術(shù)術(shù)語來說，“導(dǎo)體"、“絕緣體"和“半導(dǎo)體"之間已知的區(qū)別是“禁帶（帶隙）"能量寬度的差異。電子所占據(jù)的最高能帶（價(jià)帶）與低能帶（導(dǎo)帶）下端之間的能帶稱為禁帶，價(jià)帶和導(dǎo)帶之間電子不能存在的能帶為稱為禁帶。金屬基材料是無禁止帶的一個(gè)例子。這是因?yàn)樵S多金屬很容易導(dǎo)電，這意味著電子可以輕松移動(dòng)。另一方面，陶瓷、橡膠和玻璃是具有較大禁止的材料的例子。由于電子不能移動(dòng)，電流不能流過它們，因此它們通常被稱為絕緣體。
另一方面，在半導(dǎo)體中，如果禁帶比金屬寬但比絕緣體小，則可以通過向電子施加能量（例如熱或電壓）來流動(dòng)電流。因此，通過有意地將雜質(zhì)混入半導(dǎo)體本身，可以改變電子和（原子）空位的流動(dòng)并控制電性能。根據(jù)這種故意添加的雜質(zhì)，半導(dǎo)體分為n型和p型。
N型半導(dǎo)體：在IV族元素（硅、鍺Ge等）中含有微量V族元素（磷P、砷As、銻Sb等）的本征半導(dǎo)體（僅由硅Si構(gòu)成的半導(dǎo)體）元素周期表中添加了元素。當(dāng)添加V族時(shí)，V族的價(jià)電子中多出一個(gè)電子可以自由移動(dòng)（自由電子）。自由電子帶有負(fù)電荷，當(dāng)它們移動(dòng)時(shí)，它們會(huì)降低電阻，當(dāng)施加能量時(shí)，它們被吸引到正極，導(dǎo)致電流流動(dòng)并表現(xiàn)出半導(dǎo)體特性。
P型半導(dǎo)體：在元素周期表中第IV族元素（硅、鍺Ge等）中添加微量第III族元素（硼B(yǎng)、銦In等）的本征半導(dǎo)體。當(dāng)少量的III族加入到IV族中時(shí)，就會(huì)缺少一個(gè)電子，缺少的空穴稱為空穴。如果在這種狀態(tài)下施加電壓，附近的電子將移動(dòng)到該空穴。 此外，電子的這種運(yùn)動(dòng)會(huì)在其他地方產(chǎn)生空穴。通過重復(fù)這個(gè)過程，電子似乎越來越向負(fù)極移動(dòng)。因此，當(dāng)對(duì)其施加能量時(shí)，它會(huì)被吸引到正極，從而導(dǎo)致電流流動(dòng)并展現(xiàn)出其作為半導(dǎo)體的特性。
n型半導(dǎo)體和p型半導(dǎo)體之間的結(jié)提供了允許電流僅沿特定方向流動(dòng)的能力。 由于結(jié)的存在，n型半導(dǎo)體中的自由電子和p型半導(dǎo)體中的空穴相互吸引，在結(jié)面結(jié)合并消失。換言之，接合面不存在電子，狀態(tài)與絕緣體相同。電子不再存在的這一層稱為耗盡層。 在這種絕緣體狀態(tài)下，如果將-極連接到n型半導(dǎo)體側(cè)，將+極連接到p型半導(dǎo)體側(cè)并施加電壓，電子將從n型流向p型。
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半導(dǎo)體是極其精密的產(chǎn)品，因此制造工藝較多。該過程大致分為兩部分，我們稱之為“預(yù)處理"和“后處理"。如果將前端工藝視為直到創(chuàng)建半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的工藝，將后工藝視為直到創(chuàng)建最終半導(dǎo)體產(chǎn)品的工藝，可能會(huì)更容易理解。
1）電路/圖形設(shè)計(jì)
首先要制作什么樣的半導(dǎo)體，即設(shè)計(jì)電路圖形。所需的電路圖案根據(jù)半導(dǎo)體的應(yīng)用而不同，因此設(shè)計(jì)每次都會(huì)改變。由于圖案比較復(fù)雜，似乎要進(jìn)行多次操作測試才能完成。
2) 光掩模制作
創(chuàng)建掩模，將 1) 中設(shè)計(jì)的電路轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體基板上。到目前為止，我一直在辦公桌前使用電腦工作。
3）硅錠切割
半導(dǎo)體的基礎(chǔ)是硅單晶。首先，在維持液態(tài)硅單晶的狀態(tài)下將其拉出，制作硅錠。使用線鋸將硅錠切成薄片，形成盤狀晶圓。 硅錠是圓形的，而半導(dǎo)體通常是方形的，因此一塊晶圓可以制作多少個(gè)方形直接影響生產(chǎn)效率。截至2022年，通常超過300毫米，有些超過450毫米。
4）拋光硅片
硅片表面凹凸不平，需要進(jìn)行平滑處理。為了使表面光滑，請(qǐng)使用研磨材料或拋光墊來打造鏡面般的表面。這就是 TechneMeasurement 的露點(diǎn)計(jì)和氧氣計(jì)發(fā)揮作用的地方。如果拋光后晶片被氧化，就會(huì)成為干擾因素，因此需要確認(rèn)氧濃度較低。
5) 硅晶片的氧化
從這里開始，層壓層以制造半導(dǎo)體的過程開始。每個(gè)過程中的必要步驟都會(huì)重復(fù)多次以創(chuàng)建產(chǎn)品。 氧化硅是絕緣層，即不導(dǎo)電的層，所以當(dāng)需要絕緣層時(shí)，它在高溫下被氧化，形成厚厚的氧化膜。
6) 薄膜形成
存在將作為電路材料的薄膜施加到硅晶片的表面的過程。 薄膜方法有多種，但目前實(shí)際使用的有以下兩種。此外，為了去除水分和氧氣，該工藝必須在真空狀態(tài)下進(jìn)行，或者用氮?dú)?N2)或氬氣(Ar)等惰性氣體代替。如果可以在真空中進(jìn)行，則優(yōu)先選擇，因?yàn)楸緛砭蜎]有物質(zhì)，而且很可能不存在水分或氧氣等雜質(zhì)。
下面的每個(gè)過程都是典型的真空過程。
CVD（化學(xué)氣相沉積）法：使用要形成薄膜的材料的氣體通過化學(xué)反應(yīng)來形成薄膜的方法濺射法：使用想要形成薄膜的材料的氣體通過化學(xué)反應(yīng)來形成薄膜的方法。通過與表面碰撞來形成薄膜的方法。
7)光致抗蝕劑的涂敷 涂敷
對(duì)光起反應(yīng)并抵抗9)中所述的蝕刻的光致抗蝕劑。 這使您可以只刻錄必要的電路圖案。
8)曝光用光照射光致抗蝕劑膜
，僅使光致抗蝕劑膜的暴露于光的部分發(fā)生變化并轉(zhuǎn)移到硅晶片的表面?？梢哉f，這個(gè)過程需要最微觀的技術(shù)。 然后將硅晶片浸入顯影劑中以僅溶解硅晶片上的曝光區(qū)域。剩余的光刻膠膜即為步驟9)中的蝕刻掩模。
9) 蝕刻
這是用溶液去除氧化膜和薄膜的過程。殘留光刻膠的區(qū)域不會(huì)被去除。蝕刻有兩種類型：使用溶液的濕蝕刻和使用氣體的干蝕刻。
10) 光刻膠去除/清潔
通過與化學(xué)品或氣體的化學(xué)反應(yīng)來去除剩余的光刻膠。 如果最后清潔它，就可以創(chuàng)建預(yù)期的電路。
11)
通過添加由離子注入熱處理激活的雜質(zhì)離子，可以改變半導(dǎo)體的特性。
12）硅片平滑
硅片本身可能因應(yīng)用了薄膜而存在凹凸不平，因此必須重新拋光。通過重復(fù)從 7) 光致抗蝕劑涂覆到 12) 硅片平滑的步驟來創(chuàng)建所需的電路。
13)
將金屬嵌入形成電極的硅片中。
14)
使用稱為晶圓缺陷檢測探針臺(tái)的立式檢測設(shè)備，測試每片硅晶圓是否具有最初設(shè)計(jì)的功能。
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1) 切割工序
使用切割機(jī)將制作好的半導(dǎo)體從晶圓上一張一張地切割下來。
2)
將導(dǎo)電腳連接到與電路板接觸的部分，以便能夠與接合芯片進(jìn)行接線。如果你觀察一下半導(dǎo)體，就會(huì)發(fā)現(xiàn)大多數(shù)都有腿。
3)
使用模制樹脂或陶瓷封裝。如果在此過程中雜質(zhì)進(jìn)入，半導(dǎo)體的壽命將縮短，或者首先會(huì)出現(xiàn)缺陷，因此要進(jìn)行處理以控制雜質(zhì)。這一過程確保即使內(nèi)部被劃傷也不會(huì)被損壞。
4）完成
經(jīng)過各種測試，產(chǎn)品完成。
雖然我們周圍的空氣乍一看似乎很干凈，但實(shí)際上它含有微小的灰塵和看不見的病毒和細(xì)菌。 當(dāng)在這樣的環(huán)境下制造半導(dǎo)體時(shí)，由于半導(dǎo)體具有精細(xì)的結(jié)構(gòu)，因此即使電路之間粘附少量灰塵，次品的可能性也會(huì)大大增加。雖然不是半導(dǎo)體，但是如果你要做手術(shù)，手術(shù)室在這樣的環(huán)境下，你會(huì)擔(dān)心感染吧？ 在這種情況下，潔凈室的創(chuàng)建是為了滿足高衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。潔凈室內(nèi)的空氣經(jīng)過高性能過濾器，充滿潔凈、無塵的空氣。潔凈室內(nèi)的空氣壓力高于室外空氣的壓力。這是為了保持潔凈室內(nèi)的正壓，防止臟空氣在進(jìn)出房間時(shí)從外面進(jìn)入。 2011 年之前，潔凈室的清潔度標(biāo)準(zhǔn)為 100 級(jí)或 1000 級(jí)，基于美國聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn) 209E 清潔度等級(jí)。目前，根據(jù)ISO，每立方米大于0.1微米的粉塵顆粒數(shù)被劃分為1至9級(jí)。 此外，TechneMeasurement還擁有一個(gè)屬于5級(jí)的潔凈室。
在半導(dǎo)體開發(fā)/制造過程中，去除顆粒、水分和氧氣等干擾因素是一個(gè)主要問題。為了確認(rèn)干擾的消除，我們的露點(diǎn)計(jì)、溫度/濕度計(jì)和氧濃度計(jì)被用于半導(dǎo)體制造、運(yùn)輸和檢查等各種過程。 也用于除濕空氣（干燥空氣）的除濕和氮?dú)?、氬氣、氦氣、氫氣等氣體純度的測量和控制。相反，某些過程需要高水分含量，在這些過程中，露點(diǎn)計(jì)用于保持恒定的水分含量。主要使用以下產(chǎn)品。
① 將水分含量控制在極微量（ppb 至個(gè)位數(shù) ppm）的過程
? 可測量低至 -100 ℃ 露點(diǎn)的 TK-100 電容式露點(diǎn)計(jì)（氧化鋁型） ? TE-660
控制的過程
可測量低至-60°C露點(diǎn)的露點(diǎn)計(jì)（聚合物型）
③作為露點(diǎn)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的最重要的工藝
?可測量-95°C至+99°露點(diǎn)的MBW鏡面冷卻型C（鏡面式）露點(diǎn)儀
④ 需要控制相對(duì)濕度水平的工藝和潔凈室
? 簡易型號(hào) EE060
⑤ 需要大量水分并需要控制恒定含水量的工藝
? 主要用于高溫、高濕條件下的測量濕度 EE33 溫濕度計(jì)，具有防冷凝措施
① 需要通過氫氣置換等去除氧氣的工藝
? 可確認(rèn) 1 ppm 或更低的 2001LC 原電池氧氣濃度計(jì)
② 需要在沒有氫氣的情況下測量微量氧氣濃度的工藝
? 能夠測量低至 ppb 水平、型號(hào)4100氧化鋯氧氣濃度計(jì)
① 在潔凈室和制造設(shè)備中氣流非常重要的過程
? 可測量微風(fēng)的風(fēng)速計(jì)
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適用于高濕度和惡劣環(huán)境的溫濕度計(jì)
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