半导体制造中的材料质量

半导体制造可以被描述为一无所有的行业。这解释了制造商在技术和材料上进行的天价投资。半导体生产的每个阶段都需要精确和质量保证。

从结晶硅的生长到最终产品的整个生产过程都需要精确的引导基板。诸如蚀刻和光刻之类的步骤需要极其精确的工具,并且除非它们已成为自动化的,高技能的人工和监督。由于最小的错误是半导体应用的完全故障,因此最高程度的精度至关重要。

同样,材料的高质量或纯度同样重要。高质量的材料是整个生产链的起点,用于光掩模,光致抗蚀剂,热管理,包装以及晶圆本身的硅基板的材料的纯度必须无可非议(掺杂除外),否则将确保失败。半导体制造始于最优质的材料。

硅半导体衬底是从种子中以圆柱形结晶锭合成生长的。然后将它们切成能够支持集成电路(IC)的薄晶圆。圆柱体的垂直横截面直径不同,从而产生相同直径的晶片。在半导体制造工业中,硅晶片的最大公认直径是300mm,尽管在半导体制造工业中已大力推动将标准顶板移动到450mm。 450mm晶圆将具有怎样的成本效益还有待观察。

为了生产功能完备的模具,缺陷和不想要的杂质会破坏其所在的硅片部分。实际上,这是数十年来推动摩尔定律发展的另一个面向业务的因素,因为较小的骰子会设置较高的每晶片晶片(DPW)比率。这意味着每个晶圆都可以细分,因此,每个缺陷都会使晶圆的面积比其他缺陷更小;因此,对于任何单个缺陷,都必须舍弃更少的晶圆总质量。现在,2018年针对晶体管的新10nm标准的开发现在允许对硅衬底晶圆进行更大的细分,从而成比例地减少浪费。

无论细分的程度如何,更高质量的硅绝对允许更少的缺陷。管芯尺寸和硅质量这两个因素协同作用,以优化给定铸锭的价值。铸锭的质量决定了所获得的可行骰子的大小,而与细分程度无关,相反,可行骰子的数量决定了投资回报率。

总之,较小的骰子和更高质量的硅可以最大程度地减少浪费并最大程度地提高回报。这是半导体业务中的一个关键因素,因为骰子必须首先支付硅锭生长的高成本,而硅锭首先要产生硅锭,然后才能计算任何利润。它还会影响每个裸片的生产成本,对于消费类电子产品最终也会影响最终用户支付的价格。 

此外,包装成功的模具还取决于其他应用材料的质量。一旦将管芯用于设备中,这种情况就会继续发生,并且需要仔细考虑在模制,焊接和热界面等应用中使用的材料。例如,使用高级有机硅和环氧树脂可保护原本易受攻击的电路,并提高管芯本身和包含该管芯的较大器件的可靠性和寿命。因此,半导体在市场上的成功表现因此受到制造过程开始时发现的相同主要问题的控制:即最高质量的材料。

新兴的突破性半导体技术正在涌现,对应用程序,质量和成本都有令人兴奋的影响。半导体的寿命始于其结构的质量。更好的材料等级意味着更好的半导体和更好的电子行业。使用更高质量的材料意味着更少的浪费,制造商更高的利润,更低的客户成本以及更长的各种电子产品可靠寿命。