晶圆清洗是芯片良率的“保镖”

 行业新闻     |      2021-11-06 10:21
  今天要讲的是一个看起来不起眼但相当重要的环节——清洗。半导体清洗首要是为了去除芯片出产中产生的各种沾污杂质,是芯片制作中过程最多的工艺,几乎贯穿整个作业流程。由于硅片的加工进程对洁净度要求十分高,所有与硅片接触的前言都可能对硅片形成污染,硅片清洗的好坏对器材功用有严峻的影响,因而几乎每一步加工都需要清除沾污。
 
  在很多人看来,芯片出产中所用的清洗设备好像并没有什么技能门槛,也就没有那么大的价值,但事实却并非如此,芯片制作是一个极其杂乱和精美的产业,任何一环出现问题都会前功尽弃。
晶圆清洗是芯片良率的“保镖”
  在半导体设备市场中,晶圆制作设备采购大约占全体的80%,测验设备大约占9%,封装设备大约占7%,其他设备大约占4%,一起清洗设备在晶圆制作设备中的采购费用占比约为6%,因而能够推算出清洗设备约占半导体设备出资的4.8%。
 
  芯片制作需要在无尘室中进行,如果在制作进程中,有沾污现象,将影响芯片上器材的正常功用。据估计,80%的芯片电学失效都是由沾污带来的缺点引起的。沾污杂质是指半导体制作进程中引入的任何损害芯片成品率及电学功用的物质,详细的沾污包含颗粒、有机物、金属和天然氧化层等。
 
  一般来说,工艺越精密关于控污的要求越高,并且难度越大,跟着半导体芯片工艺技能节点进入28纳米、14纳米等更先进等级,工艺流程的延长且越趋杂乱,产线成品率也会随之下降。形成这种现象的一个原因便是先进制程对杂质的敏感度更高,小尺度污染物的高效清洗更困难,解决的方法首要是添加清洗过程。在80-60nm制程中,清洗工艺大约100多个过程,而到了10nm制程,增至200多个清洗过程。
 
  依据清洗介质不同,半导体清洗技能首要分为湿法清洗和干法清洗两种工艺路线。湿法工艺是运用各种化学药液与晶圆外表各种杂质粒子产生化学反应,生成溶于水的物质,再用高纯水冲洗,顺次去除晶圆外表各种杂质。干法工艺是不选用溶液的清洗技能,经过等离子清洗技能、汽相清洗技能或束流清洗技能来去除晶圆外表的杂质。
 
  湿法工艺在到达晶圆外表的洁净度和滑润度方面通常优于干法工艺,并且是目前单晶圆清洗运用的标准工艺,应用于晶圆制作进程中90%以上的清洗过程。
 
  清洗设备首要能够分为单片清洗设备和槽式清洗机,槽式清洗机用于批量处理晶圆,单片清洗设备能够针对单个晶圆的清洗进行条件优化。
 
  需要留意的是,单片清洗设备是目前市场的绝对主流。在过去的十年间,寻求提高清洗质量的晶圆制作商逐渐从批量清洗设备转向单片清洗设备。2019年,单片清洗设备的占比到达75%,并且跟着集成电路特征尺度的进一步缩小。单片清洗设备的运用愈加广泛,未来占比有望逐步提高。
 
  比如说,当工艺尺度到达14nm之后,存储技能将会到达尺度缩小的极限,存储芯片逐步从二维(2D)结构向三维(3D)结构推进。例如在3D NAND(计算机闪存设备)制作工艺中,需将原来2D NAND中二维平面横向摆放的串联存储单元改为笔直摆放,经过添加立体层数,解决平面上难以微缩的工艺问题,堆叠层数也从32层、64 层向128层发展。
 
  存储技能从2D向3D改变,清洗晶圆外表的基础上,还需在无损情况下清洗内部污染物,对清洗设备提出了更高的技能要求,清洗设备单台价值量不断提高,依据SEMI的猜测,清洗设备市场未来几年复合增长率为6.8%。
 
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