芯片的制造过程与三大主设备
芯片的制造过程与三大主设备
- 芯片制造过程
- 前道工艺图示
- 半导体设备市场格局
- 三种主设备
芯片制造过程
芯片(集成电路)制造就是在硅片上雕刻复杂电路和电子元器件(利用薄膜沉积、光刻、刻蚀等工艺),同时把需要的部分改造成有源器件(利用离子注入等)。
芯片的制造过程可以分为前道工艺和后道工艺1。
前道是指晶圆制造厂的加工过程,在空白的硅片完成电路的
加工,出厂产品依然是完整的圆形硅片。
前道工艺:包括光刻、刻蚀、薄膜生长、离子注入、清洗、CMP、量测等工艺;
后道是指封装和测试的过程,在封测厂中将圆形的硅片切割成单独的芯片颗粒,完成外壳的封装,最后完成终端测试,出厂为芯片成品。
后道工艺:包括减薄、划片、装片、键合等封装工艺以及终端测试等。
相比后道工艺,前道工艺技术难度高,相对复杂。
前道工艺图示
第一步:把硅片表面形成的SiO2薄膜层加工成需要的形状2
通过氧化、光刻、刻蚀、去胶等一系列工艺进行。
图示为一个标准流程示意,第一步的薄膜形成多数时候是采用沉积工艺(CVD、PVD等),只有少部分采用氧化。
CMP和清洗通常在流程后执行,为下一轮流程做准备。
量测在每一步关键步骤中测量和检验。
第二步:加工栅级
经过栅氧化层和多晶硅沉积、光刻和刻蚀之后,形成图中的图形。
注意栅级加工同样经历了涂光刻胶、光刻和显影等流程,下图做了省略。
第三步:加工源级与漏极
离子注入前需要进行涂胶、光刻和显影,用光刻胶覆盖住需要保护的区域,再进行离子注入。
第四步:加工绝缘层和导线层
金属接触孔和导线的制造过程,一般需要分别加工绝缘层和金属导线层。
半导体设备市场格局
2020年中国大陆半导体市场销售额187亿美元,是全球第一大市场。
注:SEMI为国际半导体产业协会
前道工艺相关设备价值量更大。
全球范围内的半导体设备龙头企业以美国、日本和欧洲公司为主,呈现寡头垄断,CR5 市占率超过 65%。(下表数据不仅包括设备销售额,还包括服务和支持等相关收入。)
三种主设备
在2020年半导体设备市场中,前道设备(晶圆制造)612亿美元占比86.1%,后道设备(封装测试)中的封装设备38.5亿美元占比 5.4% 以及测试设备60.1亿美元占比8.5%。
根据2020年数据,光刻、刻蚀和薄膜生长是占比最高的前道设备,合计市场规模占比超过70%,这三类设备也是集成电路制造的主设备。
工艺过程测量设备是质量检测的关键设备,份额占比达13%。
【东兴证券】电子行业:半导体设备系列报告之一,全行业框架梳理 ↩︎
《半导体制造技术》 ↩︎
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