清洗环节重要性日益凸显,单片清洗设备成为主流

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半导体设备行业具有高资本密集、高专利壁垒、初期高投入低回报的特点,新玩家难以切入,因此在经过长期发展步入成熟期后,市场逐渐被美日荷等巨头公司垄断,这些公司普遍在早期成长阶段享受了半导体产业启蒙红利,而后续的技术护城河在高营收利润下越来越深。从2012年到2016年,全球半导体设备TOP5厂商名单基本没有发生变化。从各设备的垄断情况来看,光刻、PVD、刻蚀(Etch)等核心制造设备的TOP3市场份额均高于90%,后来者几乎没有生存空间;CVD和湿法处理设备垄断性相对较低,但TOP 3的市场份额也达到了70%-85%。

集成电路

 清洗环节重要性日益凸显,单片清洗设备成为主流

随着集成电路制程工艺节点越来越先进,对实际制造的几个环节也提出了新要求,清洗环节的重要性日益凸显。清洗的关键性则是由于随着特征尺寸的不断缩小,半导体对杂质含量越来越敏感,而半导体制造中不可避免会引入一些颗粒、有机物、金属和氧化物等污染物。为了减少杂质对芯片良率的影响,实际生产中不仅仅需要提高单次的清洗效率,还需要在几乎所有制程前后都频繁的进行清洗,清洗步骤约占整体步骤的33%。根据TMR2015年研究报告,全球半导体晶圆清洗设备市场前三名为SCREEN、东京电子和LAM,合计占据市场87.7%的份额。考虑到半导体设备高昂的基础成本和独立验证的困难性,与当地制造厂商联合研发是目前各大厂商的共同策略。

清洗方案大体上可以分为干法和湿法两类,区别就在于是通过化学试剂清洗还是物理力来清洗。目前硅片清洗中,湿法清洗为主流方案,占整个清洗制程90%以上,如RCA清洗就是过去25年来最具代表性的湿法清洗工艺。但湿法清洗由于使用相对多的化学试剂,也存在晶片损伤、化学污染和二次交叉污染等问题,而干法清洗虽然环境友好、化学用量少,但清洗控制要求和成本较高,难以大量应用于半导体生产中。因此实际的半导体产线上通常是以湿法清洗为主,少量特定步骤采用干法清洗相结合的方式互补所短,构建半导体制造的清洗方案。

单晶圆清洗取代批量清洗是先进制程的主流。湿法清洗按照一次清洗的对象数量分为批量清洗(Batch cleaning)和单晶圆清洗(Single wafer cleaning)。批量清洗指的是在一个处理仓中,利用浸泡等方法同时清洗多只晶圆的方法。这种方法由于交叉污染、清洗均匀可控性和后续工艺相容性等问题,在45nm工艺周期到来时已经无法适应新的清洗要求,单晶圆清洗开始逐步取代批量清洗。单晶圆清洗首先能够在整个制造周期提供更好的工艺控制,即改善了单个晶圆和不同晶圆间的均匀性,这提高了良率;其次更大尺寸的晶圆和更紧缩的制程设计对于杂质更敏感,那么批量清洗中若出现交叉污染的影响会更大,进而危及整批晶圆的良率,这会带来高成本的芯片返工支出;另外圆片边缘清洗效果更好,多品种小批量生产的适配性等优点也是单晶圆清洗的优势之一。

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