現(xiàn)代數(shù)字設(shè)備，智能手機、個人電腦、游戲機等等都結(jié)合了強大的技術(shù)。這種能力大部分來自微芯片。2021年，半導(dǎo)體單位銷量達到創(chuàng)紀(jì)錄的1.15萬億出貨量。制造微芯片絕非易事。制造任何芯片都需要眾多工藝流程的參與。讓我們了解六個關(guān)鍵的半導(dǎo)體制造步驟：沉積、光刻膠、光刻、蝕刻、電離和封裝。

沉積

該過程從硅晶圓開始。晶圓是從純度為 99.99% 的薩拉米形硅條(稱為“硅錠”)上切片而成，并拋光至極其光滑。導(dǎo)電、隔離或半導(dǎo)體材料的薄膜(取決于所制造的結(jié)構(gòu)類型)沉積在晶圓上，以便在其上印刷第一層。這一重要步驟通常稱為“沉積”。

隨著微芯片結(jié)構(gòu)“縮小”，晶圓圖案化過程變得更加復(fù)雜。沉積、蝕刻和光刻技術(shù)的進步(稍后詳細介紹)是微縮技術(shù)和追求摩爾定律的推動者。這些進步包括新材料的使用和創(chuàng)新，可以提高沉積這些材料時的精度。

光刻膠涂層

然后，晶圓上覆蓋一層光敏涂層，稱為“光刻膠”，簡稱“光刻膠”。有兩種類型的抗蝕劑：正抗蝕劑和負抗蝕劑。

正性和負性抗蝕劑之間的主要區(qū)別在于材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)以及抗蝕劑與光反應(yīng)的方式。使用正性抗蝕劑，暴露在紫外線下的區(qū)域會改變其結(jié)構(gòu)并變得更易溶解，為蝕刻和沉積做好準(zhǔn)備。負性抗蝕劑的情況正好相反，受光照射的區(qū)域會發(fā)生聚合，這意味著它們變得更強并且更難以溶解。正性抗蝕劑最常用于半導(dǎo)體制造，因為其更高的分辨率能力使其成為光刻階段的更好選擇。

全球有多家公司生產(chǎn)用于半導(dǎo)體制造的光刻膠，例如富士電子材料公司、陶氏化學(xué)公司和 JSR 公司。

光刻

光刻是芯片制造過程中的關(guān)鍵步驟，因為它決定了芯片上晶體管的尺寸。在此階段，芯片晶圓被插入光刻機，暴露在深紫外(DUV)或極紫外(EUV)光下。這種光的波長范圍從 365 nm(用于不太復(fù)雜的芯片設(shè)計)到 13.5 nm(用于產(chǎn)生芯片的一些最精細的細節(jié)，其中一些細節(jié)比沙粒小數(shù)千倍)。

沉積、光刻、刻蝕以及等離子注入是半導(dǎo)體和超越摩爾領(lǐng)域制造工藝的4大關(guān)鍵技術(shù)。在新晶圓產(chǎn)線的投資建設(shè)中，約80%的投資用于購買設(shè)備，薄膜沉積設(shè)備更是占據(jù)其中約25%的比重。業(yè)界主流的薄膜沉積工藝主要有原子層沉積(ALD)、物理式真空鍍膜(PVD)和化學(xué)式真空鍍膜(CVD)等。其中ALD屬于CVD的一種，是當(dāng)下最先進的薄膜沉積技術(shù)。調(diào)研機構(gòu)GIR相關(guān)報告表明，全球原子層沉積(ALD)設(shè)備的市場規(guī)模在2021-2026年的年復(fù)合增長率預(yù)計達到25.1%，將從2019年的10.661億美元增至2026年的26.129億美元。

40年ALD積淀加持，思銳智能攜手國家級創(chuàng)新中心加速產(chǎn)業(yè)布局

“專注ALD創(chuàng)新、助力超越摩爾“，2021年5月，ALD設(shè)備和服務(wù)提供商——青島四方思銳智能技術(shù)有限公司(以下簡稱思銳智能或SRII)與國家智能傳感器創(chuàng)新中心(以下簡稱國創(chuàng)中心或NISIC)的戰(zhàn)略合作簽約儀式在上海正式啟動，思銳智能總經(jīng)理聶翔先生、國創(chuàng)中心副總裁焦繼偉博士代表出席現(xiàn)場簽約。雙方向與會人員表示，此次戰(zhàn)略合作將面向超越摩爾領(lǐng)域，基于原子層沉積(ALD)技術(shù)開展MEMS、CMOS圖像傳感器等重要領(lǐng)域的聯(lián)合研發(fā)，攜手深度合作，致力于加速超越摩爾領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)落地與技術(shù)創(chuàng)新。

聶翔先生表示：“以上海為代表的長三角地區(qū)是中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的高地，國創(chuàng)中心也是中國超越摩爾領(lǐng)域首屈一指的領(lǐng)導(dǎo)者機構(gòu)。借力思銳智能旗下BENEQ公司近40年ALD技術(shù)的研發(fā)經(jīng)驗以及世界一流的ALD設(shè)備和解決方案，雙方深度合作，將共同組建超越摩爾領(lǐng)域的技術(shù)中心和產(chǎn)業(yè)化中心，以開放包容的機制為行業(yè)提供全面、系統(tǒng)的技術(shù)解決方案，一起推進超越摩爾領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化與創(chuàng)新化發(fā)展。”其中，思銳智能的8”ALD設(shè)備已經(jīng)在國創(chuàng)中心的超越摩爾研發(fā)中試線上成功裝備，對標(biāo)國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求。

焦繼偉博士表示：“國創(chuàng)中心與思銳智能的戰(zhàn)略合作將以ALD設(shè)備和技術(shù)作為起點和支點，未來在制造設(shè)備的本土化，包括半導(dǎo)體的新材料、MEMS新工藝，以及ALD人工智能、互聯(lián)網(wǎng)新應(yīng)用等方向進行探索。此次簽約儀式標(biāo)志著雙方合作跨上新的臺階，我們期待雙方以及更多產(chǎn)業(yè)伙伴在超越摩爾的賽道上攜手前進，共同發(fā)展?！?

ALD技術(shù)成“首選”，BENEQ TransformTM 突破產(chǎn)能效率邊界和性能新高度

事實上，隨著新材料、新制程、新工藝在新興半導(dǎo)體制造行業(yè)的應(yīng)用與發(fā)展，ALD技術(shù)可以使得材料以單原子膜(0.1nm)形式沉積在基板表面的特性，在沉積層的厚度控制、3D異形材料表面均勻度、表面無針孔、折射率等方面具有顯著優(yōu)勢，因此特別適用于MEMS、CMOS圖像傳感器等產(chǎn)品的制造與生產(chǎn)，并逐漸成為超越摩爾領(lǐng)域的鍍膜沉積技術(shù)首選。

對此，思銳智能全資子公司——BENEQ全新推出的TransformTM 系列設(shè)備是專為超越摩爾應(yīng)用市場提供的具有競爭力的ALD解決方案。TransformTM 平臺采用了全新的集群設(shè)計和尖端的鍍膜沉積技術(shù)，可以為8”及以下晶圓的表面沉積多種材料，包括Al2O3、SiO2、AlN、TiN等氧化物與氮化物，并實現(xiàn)完全保形和高均勻性的薄膜沉積。

BENEQ半導(dǎo)體業(yè)務(wù)負責(zé)人Patrick Rabinzohn 表示：“TransformTM 平臺兼容單片、批量、熱法以及等離子體等功能，是目前業(yè)界僅有、集多項功能于一體的通用型先進平臺。不僅如此，TransformTM 平臺更具備靈活配置的優(yōu)勢，客戶可以根據(jù)自身需求，選擇‘3組ALD模塊 + 預(yù)加熱模塊’構(gòu)建TransformTM的標(biāo)準(zhǔn)配置、或‘2組ALD模塊 + 預(yù)加熱模塊’構(gòu)建TransformTM Lite的簡化配置，實現(xiàn)差異化、更具效益的生產(chǎn)和管理方式，并在主流廠商中開拓了意向訂單?！?

以鍍膜沉積50納米的氧化鋁為例，若采用標(biāo)準(zhǔn)配置的TransformTM系統(tǒng)，最多的產(chǎn)量可以達到每小時40片晶圓以上，即使Lite設(shè)備也能達到每小時25片以上，這于整個行業(yè)對ALD的傳統(tǒng)認知可謂顛覆性的技術(shù)突破!

據(jù)Patrick介紹，BENEQ TransformTM 平臺已經(jīng)通過SEMI S2/S8認證，支持SECS/GEM標(biāo)準(zhǔn)，并逐漸向12”晶圓的成熟沉積技術(shù)邁進，將為客戶提供了靈活、可靠、高產(chǎn)能的半導(dǎo)體晶圓鍍膜量產(chǎn)解決方案。

拓寬市場應(yīng)用矩陣，以通用型ALD技術(shù)賦能廣泛行業(yè)創(chuàng)新

除了縱向的技術(shù)、性能、產(chǎn)能突破，憑借BENEQ先進的通用型ALD技術(shù)，思銳智能正在拓展更多前沿垂直行業(yè)的應(yīng)用創(chuàng)新。

在遠程連線芬蘭專家另一場演講中，BENEQ半導(dǎo)體業(yè)務(wù)技術(shù)總監(jiān)Alexander Perros介紹道：“BENEQ通用型ALD技術(shù)的超越摩爾應(yīng)用矩陣十分豐富，包括功率器件、濾波器、MEMS和CIS等。同時，BENEQ針對不同的細分市場推出了不同的ALD解決方案，主要包括高K介電質(zhì)、表面鈍化、ALD成核層、化學(xué)阻擋層、防潮層以及抗反射膜等等?！? 例如，表面鈍化，可以用不同ALD材料來實現(xiàn)表面鈍化，防潮層則在封裝上發(fā)揮關(guān)鍵作用;這些均在廣泛的應(yīng)用中具備很強的通用性。

圖1：BENEQ通用型ALD技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域矩陣示例

總結(jié)而言，ALD是傳統(tǒng)半導(dǎo)體制程所需的先進技術(shù)之一，也是新興半導(dǎo)體、泛半導(dǎo)體和以光學(xué)鍍膜為代表的非半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。思銳智能正通過提供尖端、創(chuàng)新、靈活的ALD設(shè)備和服務(wù)解決方案，致力于成為世界一流的ALD設(shè)備和服務(wù)供應(yīng)商。