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Le semi-conducteur fait référence au matériau ayant une conductivité électrique entre le conducteur et l'isolant à température ambiante, qui joue un rôle essentiel dans le domaine de la science, de la technologie et de l'économie. En termes de classification, les semi-conducteurs peuvent être divisés en circuits intégrés, dispositifs discrets, optoélectroniques optiques et capteurs, parmi lesquels les circuits intégrés représentent la plus grande proportion, plus de 80 % ; les dispositifs discrets, l'optoélectronique et les capteurs occupent le reste, collectivement appelés DOS. Subdivisé en produits spécifiques, le circuit intégré peut être divisé en puce numérique et puce analogique, le circuit numérique comprend une puce logique, une mémoire et un microprocesseur, la puce analogique comprend principalement une puce de gestion de l'alimentation et une chaîne de signaux.
Référence source 1
Du point de vue des matériaux, il existe trois grandes catégories de matériaux liés à l'industrie des semi-conducteurs :
1. matériaux matriciels ; 2. matériaux de fabrication ; 3 matériaux d'emballage.
Référence source 2
1. Matériau matriciel
Plaquette de silicium
Selon les différents matériaux de la puce, elle est divisée en tranche de silicium (semi-conducteur de première génération) et en semi-conducteur composé. Parmi eux, la plaquette de silicium est la plus largement utilisée et constitue la matière première la plus importante dans le processus de fabrication des circuits intégrés. Les plaquettes de silicium sont toutes des plaquettes de silicium monocristallin, et la pureté des matériaux de silicium utilisés dans l'électronique de puissance est plus élevée, nécessitant généralement une pureté supérieure à 11N.
Composé chimique semi-conducteur
Le semi-conducteur composé fait principalement référence à l'arséniure de gallium (GaAs), au phosphate d'indium (InP), au nitrure de gallium (GaN) et au carbure de silicium (SiC) et à d'autres semi-conducteurs de deuxième et troisième génération, par rapport à la première génération de semi-conducteur unique (tel que le silicium (Si ), semi-conducteur germanium (Ge), semi-conducteur composé en performances à haute fréquence, les performances à haute température sont excellentes.
La première génération : l'application du silicium et du germanium favorise l'essor des circuits numériques et des industries connexes, le produit représentatif actuel est le silicium ; la deuxième génération : l'application de l'arséniure de gallium et du phosphate d'indium favorise le développement d'une série d'industries telles que la communication ; la troisième génération : l'application de matériaux semi-conducteurs tels que le nitrure de gallium et le carbure de silicium, qui favorise directement le développement d'une série d'industries telles que l'éclairage à semi-conducteurs, l'affichage et les véhicules électriques.
La direction du point chaud du semi-conducteur de troisième génération
2. Matériaux de fabrication
Matériel de polissage
Les matériaux de polissage dans les semi-conducteurs font généralement référence aux matériaux utilisés dans le processus de polissage chimico-mécanique CMP. Le polissage CMP est le processus clé pour obtenir un aplatissement uniforme et global de la plaquette.
Les matériaux de polissage peuvent généralement être divisés en tampon de polissage, fluide de polissage, régulateur et nettoyant, parmi lesquels les deux premiers sont les plus critiques. Le matériau du tampon de polissage est généralement du polyuréthane ou du polyester additionné de polyester saturé, le liquide de polissage est généralement composé d'abrasifs à particules solides superfines (telles que de la silice nanométrique, des particules d'alumine, etc.), de tensioactif, de stabilisant, d'oxydant, etc.
Photorésist
La photoresist, également connue sous le nom de photoresist, est un liquide mixte sensible à la lumière. Ses composants comprennent : des photoinitiateurs (y compris le photosensier, l'acide photogénique), la résine photorésistante, le monomère, le solvant et d'autres additifs. Photoresist peut transférer les graphiques fins requis du photomasque (masque) au substrat à traiter par le biais de réactions photochimiques et de processus photographiques tels que l'exposition et le développement. Selon le scénario d'utilisation, le substrat à traiter peut être un matériau de circuit intégré, un matériau de panneau d'affichage (LCD) ou une carte de circuit imprimé (PCB). Il peut être caractérisé par une photoréserve, qui peut être divisée en photoréserve positive et photoréserve négative.
Du point de vue des difficultés techniques : photorésist pour PCB
Les produits chimiques microélectroniques appartenant à la résine photosensible constituent le domaine d'intersection de l'industrie électronique et de l'industrie chimique, qui est une industrie typique à forte intensité technologique. S'engager dans le secteur des produits chimiques microélectroniques nécessite des technologies de production clés correspondant au développement de l'industrie électronique, telles que la technologie de mélange, la technologie de séparation, la technologie de purification, la technologie d'analyse et d'inspection, la technologie de traitement et de surveillance de l'environnement adaptée au processus de production. Les barrières techniques de la résine photosensible comprennent la technologie de formulation, la technologie de contrôle qualité et la technologie des matières premières. La technologie de formule est au cœur de la fonction photorésistante, la technologie de contrôle qualité peut garantir la stabilité des performances photorésistantes et les matières premières de haute qualité sont la base des performances photorésistantes.
Masque
L'industrie est également connue sous le nom de masque lumineux, masque photo, masque lithographique. Matériaux : verre de quartz, chrome métallique et adhésif photosensible. Le produit est constitué de verre de quartz comme substrat, sur lequel est plaquée une couche de chrome métallique et de photopolymère, qui devient un matériau sensible à la lumière. Les graphiques de circuit conçus sont exposés au photopolymère via un équipement laser électronique, et la zone exposée sera développée pour former les graphiques de circuit sur le chrome métallique afin de former un photomasque similaire à celui du négatif exposé, qui est ensuite appliqué aux circuits intégrés. pour la projection et le positionnement, et la photogravure des circuits projetés est réalisée par une machine de photolithographie de circuits intégrés. Ensuite, il est appliqué au projet de positionnement des circuits intégrés et à la photogravure des circuits projetés par la machine de photolithographie de circuits intégrés, et ses procédures de production et de traitement sont : l'exposition, le développement, la photopolymérisation, et enfin appliquée à la photogravure.
La photographie est la partie technologique de base des semi-conducteurs
Cibles de pulvérisation
Le matériau source préparé par pulvérisation cathodique, également connu sous le nom de cible de pulvérisation, en particulier la cible de pulvérisation de haute pureté utilisée dans le dépôt physique en phase vapeur (Physical _ Vapor _ Deposition), le processus de fabrication de composants PVD, est le matériau clé pour la préparation de plaquettes, de panneaux, cellules solaires et autres films électroniques de surface. Dans l'état de vide, la surface solide est bombardée d'ions accélérés et les atomes échangent de l'impulsion, de sorte que les atomes sur la surface solide quittent le solide et se déposent sur la surface du substrat pour former le film requis. Ce processus est appelé pulvérisation. Le solide bombardé est le matériau source pour le dépôt du film, souvent appelé cible.
Le dispositif à composant unique d'une puce semi-conductrice est composé d'un substrat, d'une couche isolante, d'une couche diélectrique, d'une couche conductrice et d'une couche protectrice, parmi lesquelles la couche moyenne, la couche conductrice et même la couche protectrice sont utilisées dans le processus de revêtement par pulvérisation cathodique. Les cibles à recouvrir dans le domaine des circuits intégrés comprennent principalement une cible en aluminium, une cible en titane, une cible en cuivre, une cible en tantale, une cible en tungstène et en titane, etc., et le matériau cible nécessite une pureté élevée, généralement supérieure à 5N (99,999 %).
Produits chimiques humides
Les produits chimiques électroniques humides, également connus sous le nom de réactifs ultra-propres de haute pureté, font référence à divers réactifs chimiques de haute pureté utilisés dans le processus de fabrication des semi-conducteurs. Selon le but, ils peuvent être divisés en produits chimiques généraux et produits chimiques fonctionnels, parmi lesquels les produits chimiques généraux font généralement référence à des solvants chimiques purs de haute pureté, tels que l'eau désionisée de haute pureté, l'acide fluorhydrique, l'acide sulfurique, l'acide phosphorique, l'acide nitrique et d'autres réactifs courants. .
Dans le processus de fabrication des plaquettes, des solvants chimiques de haute pureté sont principalement utilisés pour nettoyer les particules, les résidus organiques, les ions métalliques, les couches d'oxyde naturel et autres polluants. Les produits chimiques fonctionnels font référence aux formules chimiques qui remplissent des fonctions spéciales et répondent aux exigences particulières du processus de fabrication, telles que la solution de développement, la solution de décapage, la solution de nettoyage, la solution de gravure, etc., qui sont souvent utilisées dans la gravure, la pulvérisation cathodique et d'autres processus. liens.
Gaz spécial électronique
Le gaz spécial électronique fait référence à tous les types de gaz spéciaux qui doivent être utilisés dans le processus de préparation des puces semi-conductrices. Selon la composition chimique du gaz, il peut être divisé en gaz général et gaz spécial. De plus, selon l'utilisation, il peut être divisé en gaz dopant, gaz épitaxial, gaz d'injection d'ions, gaz de diode électroluminescente, gaz de gravure, gaz de dépôt chimique en phase vapeur et gaz d'équilibrage. Semblable aux réactifs de haute pureté, le gaz spécial électronique a également des exigences très élevées en matière de pureté du gaz, exigeant essentiellement une teneur en impuretés de ppt inférieure au niveau. En effet, la taille du circuit IC a atteint le niveau nano, toute trace d'impuretés résiduelles dans le gaz peut provoquer un court-circuit du semi-conducteur ou endommager la ligne.
3. Matériel d'emballage
L'emballage des semi-conducteurs fait référence au processus dans lequel les plaquettes testées sont traitées pour obtenir une puce indépendante selon le modèle du produit et les exigences fonctionnelles. Les matériaux nécessaires dans l'ensemble du processus d'emballage comprennent principalement des matériaux de liaison de puces, des matériaux d'emballage en céramique, du fil de liaison, une grille de connexion, un substrat d'emballage, des matériaux de coupe, etc.
Matériaux de reliure
Le matériau de liaison est un matériau qui utilise la technologie de liaison pour relier l’âme du tuyau à la base ou au substrat d’emballage. En termes de propriétés physiques et chimiques, il doit répondre aux exigences de résistance mécanique élevée, de performances chimiques stables, de conductivité conductrice et thermique, de basse température de durcissement et de forte opérabilité. Dans les applications pratiques, les principales technologies de liaison comprennent la technologie de liaison à la pâte d'argent, la technologie de liaison du verre à faible point de fusion, la technologie des adhésifs conducteurs, la technologie de liaison, la technologie des adhésifs époxy et la technologie de soudage co-cristaux.
Substrat d'emballage
Le matériau d'emballage joue principalement le rôle de protection de la puce et de connexion du circuit imprimé inférieur. La puce complète est composée d'une puce nue et d'un corps de boîtier. Le substrat du boîtier peut protéger, fixer et supporter la puce.
Le substrat d'emballage peut être divisé en organique, inorganique et composite, avec des avantages et des inconvénients dans différents domaines d'emballage. Le substrat organique a une faible constante diélectrique et un traitement facile, adapté à la transmission de signaux à haute fréquence avec de faibles exigences de conductivité thermique ; substrat inorganique avec support céramique, bonne résistance à la chaleur, câblage facile et stabilité dimensionnelle, mais coût et toxicité du matériau limités ; le substrat composite est composé de différents matériaux organiques et inorganiques selon différentes caractéristiques de la demande.
Matériaux d'emballage en céramique
Le matériau d'emballage en céramique est une sorte de matériau d'emballage électronique, utilisé pour transporter le support mécanique, l'étanchéité environnementale, la dissipation thermique et d'autres fonctions. Comparés aux matériaux d'emballage en métal et aux matériaux d'emballage en plastique, les matériaux d'emballage en céramique ont une bonne résistance à l'humidité, un bon taux d'expansion de ligne et une bonne conductivité thermique, des performances extrêmement stables dans les machines électrothermiques et d'autres aspects, mais un coût de traitement élevé et une fragilité élevée.
Matériaux de coupe
Wafslice est un processus essentiel dans le processus de fabrication des puces semi-conductrices, qui est le dernier processus dans la fabrication des plaquettes. La tranche entière de la puce est divisée en une seule puce (matrice) en fonction de la taille de la puce, appelée tranche de tranche.
Les premières tranches ont été tracées (coupées) par le système de traçage, et aujourd'hui, cette méthode occupe encore une part importante du marché mondial de la découpe de puces, en particulier dans le domaine du traçage de tranches de circuits non intégrés. La méthode de tranche de lame de scie diamantée (meule) est une méthode de tranche de tranche courante. Le nouveau type de tranche de tranche laser appartient au traitement sans contact, qui ne produit pas de contrainte mécanique sur la tranche et cause moins de dommages à la tranche. En raison du point focal du laser, la focalisation peut être aussi petite que l’ordre du submicromètre, améliorant ainsi le microtraitement de la tranche.
Cadre de connexion et matériel de liaison
Le cadre de connexion en tant que support de puce de circuit intégré est une sorte de matériaux de liaison (fil d'or, fil d'aluminium, fil de cuivre), l'extrémité de fil du circuit interne de la puce et la connexion électrique du fil externe, forment la structure clé du circuit électrique, il joue le rôle de rôle de pont et de connexion de fil externe, la plupart des blocs intégrés à semi-conducteurs doivent utiliser la grille de connexion, est un matériau de base important dans l'industrie de l'information électronique.
L'alliage de cuivre utilisé dans la grille de connexion peut être grossièrement divisé en cuivre un fer, cuivre un nickel-silicium, cuivre un chrome, cuivre un nickel un étain (alliage JK-2), etc. Les alliages de cuivre multiples ternaires et à quatre éléments peuvent obtenir de meilleures performances que l’alliage binaire traditionnel.
Référence:
1.Rapport spécial sur les matériaux semi-conducteurs ; Titres Dongguan.
2. Rapport spécial sur les matériaux semi-conducteurs ; Titres Guosen.
3. Vulgariser la méthode précise du couteau pour découper les plaquettes IC ; Le blog de Chuanbin Wu.
Cet article est réimprimé de Powder360.
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