理研計器 | 半導體制造工藝全解析，氣體檢測不可或缺~
發布時間：2024-04-11
半導體制造工藝全解析
隨著科技的不斷進步，半導體技術在各個領域得到了廣泛的應用，如計算機、手機、數碼產品甚至人工智能等。半導體工藝是半導體器件制造過程中的關鍵環節，也是半導體產業發展的基礎。
那么半導體究竟是怎樣被制造出來的呢？今天就跟著理研計器一起來看一下▼▼▼
01
晶圓制備，畫布開始：
半導體工藝的第一步，就是制造晶圓，晶圓是一種很薄而且非常光滑的半導體材料圓片，是集成電路的“畫布”。一切后續的半導體工藝都是在這個“畫布”上展開。
以硅基晶圓為例，半導體晶圓的主要制備步驟有：硅提煉及提純、單晶硅生長、晶圓成型。
晶圓制備完成后，半導體的畫布就形成了，后續半導體工藝由此開始。
02
氧化工藝，制作鎧甲：
在半導體電路中，除了用于可控導電的各種二極管、三極管外，還必須要用絕緣物質將不同的電路隔離開來，對于硅基元素來說，形成這種絕緣物質最方便的方法就是將硅進行氧化，形成二氧化硅（SiO2）了。通過氧化工藝，脆弱的硅基晶圓就像穿上了一層“鎧甲”。
氧化工藝是指在半導體晶片表面形成氧化層的過程，氧化層可以增強晶片的絕緣性能，并且可以作為蝕刻掩膜、電介質、層間絕緣等多種用途，常見的氧化工藝有濕法氧化和干法氧化兩種。
在半導體工藝中，氧化工藝非常重要，它為后續的制造步驟提供了基礎和保障，氧化層不僅可以隔離和保護硅晶圓，還可以作為掩膜層來定義電路圖案，沒有氧化層，半導體器件就無法實現高性能、高可靠性和高集成度。
03
光刻蝕刻，圖案繪制：
有了畫布素材，終于可以任由芯片設計師揮毫潑墨，自由創作了，光刻和刻蝕步驟就是將芯片設計師所設計的圖案，轉移到晶圓片上的過程。通過光刻及刻蝕步驟，就可以將希望的圖形，在晶圓片上真正實現。
光刻
完成圖案轉移
光刻技術是一種將掩模板（Mask）上的圖形轉移到涂有光刻膠的晶圓片上的技術。光刻技術可以將半導體表面上特定的區域去除或者保留，從而構建半導體器件。
光刻步驟主要包括：設計電路并制作掩模板、涂光刻膠、曝光、顯影與堅膜。
蝕刻
形成圖案
經過了光刻步驟之后，所需要的圖案已經被印在了晶圓表面的光刻膠上。但要實現半導體器件的制作，還需要把半導體器件按照光刻膠的圖形復刻出來。這個復刻的過程就叫刻蝕（Etching）。
半導體刻蝕方法分為兩類，分別是濕法刻蝕和干法刻蝕。
04
摻雜工藝，注入靈魂：
摻雜工藝是半導體工藝中的靈魂工藝，電路中各半導體器件的電學性能在此步驟形成。在此步驟之前，整片晶圓不過是一片冷冰冰的材料一片，過了此步驟，才有了各種各樣的二極管、三極管、CMOS以及電阻等，至此，從沙子而來的晶圓片終于有了靈魂。
摻雜工藝是半導體工藝中最核心和最基礎的技術之一，對于半導體器件的設計和制造具有決定性的影響，實現摻雜的主要方法有兩種，即熱擴散和離子注入。
01
熱擴散是在高溫下（約1000℃）將半導體暴露在一定摻雜元素的氣態下，利用化學反應和熱運動使雜質原子擴散到半導體表層的過程；
02
離子注入是將雜質原子電離成離子，用高能量的電場加速，然后直接轟擊半導體表面，使雜質原子“擠”進到晶體內部的過程；
05
薄膜沉積，阡陌交通：
薄膜工藝就是指在半導體晶晶圓片上沉積各種材料，以實現不同電路功能或特性的過程，各個半導體器件之間或是金屬連接，或是電場聯系，均需要用這些薄膜層實現。
沉積：晶圓畫布上的噴涂刷
沉積工藝就像是噴涂刷，將涂料均勻的薄薄噴灑在晶圓表面上，沉積主要分為物理氣相沉積（PVD）和化學氣相沉積（CVD）。
01
PVD是利用物理方法，將材料源氣化成氣態原子、分子，或電離成離子，并通過低壓氣體，在基體表現沉積成薄膜的過程。一般用來沉積金屬薄膜。
02
CVD是利用含有薄膜元素的一種或幾種氣相化合物，在襯底表面進行化學反應形成薄膜的方法。一般用于沉積半導體或絕緣體，以及金屬合金等。
拋光：噴涂后的找平
拋光就是用于晶圓表面薄膜層平整化的技術。拋光工藝中，最主要的工藝是CMP（化學機械拋光），CMP是一種利用化學腐蝕和機械摩擦的結合來實現晶圓表面平坦化的技術，研磨對象主要是淺溝槽隔離(STI)，層間膜和銅互連層等。
以上就是芯片制造中的主要工藝（以硅基半導體為主要參考），芯片的制造工藝是一個復雜的過程，每個步驟都對半導體性能和功能有重要影響。
半導體行業迅猛發展，在其生產過程中所需氣體使用量也在不斷加大，上述的不同工藝中就用不各種各樣不同的特種氣體，現如今半導行業體特種氣體品類更加多樣化，其中不乏一些易燃氣體以及對人體產生危害的有毒有害氣體，如何保證生產過程中的氣體使用安全，也是行業關注的焦點。
如何預防半導體行業易燃、有毒有害氣體
半導體制造業被美國(FMS)組織列為”極高風險”的行業，主要是因為它在制程中要使用到極高毒性、腐蝕性及易燃性氣體，再加上無塵室的密閉作業環境及回風系統，所有這些因素都大大增加了半導體廠房的風險。
作為半導體晶圓代工廠氣體的使用者，每一位工作人員都應該在使用前對各種危險氣體的安全數據加以了解，并且應該知道如何應對這些氣體外泄時的緊急處理程序。
根據現行國家標準《特種氣體系統工程技術規范》GB50646-2011和《有毒氣體檢測報警儀技術條件及檢驗方法》HG23006中的有關規定，同時結合半導體工廠使用氣體檢測裝置產品的快速響應要求作出檢測報警響應時間規定：
要求處于抽風口或環境點安裝毒性氣體偵測器及系統，若發生任何有毒氣體的泄漏將會被氣體偵測系統所偵測到，這個控制系統將根據氣體外泄對人體危害的大小來確定整個氣體輸送系統的相關互鎖動作，嚴重時緊急關閉上游所有氣源，同時會驅動中央控制室和現場的相關報警系統LAU，甚至會驅動全廠的自動語音廣播系統通知立即疏散，要求相關人員迅速撤離報警區域。
半導體行業在生產、制造、工藝等方面或多或少都會涉及到易燃易爆、有毒有害氣體，為避免這些危險氣體泄漏等導致的事故，半導體行業用氣體檢測儀的使用不可或缺。
理研計器半導體行業危險氣體檢測方案
氣體檢測儀在現今半導體工業已成為必備的環境監控儀器，也是最為直接的監測工具。
理研計器一直關注半導體制造行業的安全發展，以為人們營造安全的工作環境為使命，潛心開發適用于半導體行業的氣體傳感器，針對用戶遇到的各種問題，提供合理的解決方案，不斷升級產品功能，優化系統。
結語
半導體制造業在生產環節經常要使用到極高毒性，腐蝕性及易燃性氣體，氣體檢測系統一直是半導體芯片廠廠務各系統中最重要環節之一，設計上的優劣會直接影響到整個廠的安全，同時作為使用儀器的工廠安全人員也應該具備氣體檢測的安全意識。
安全生產是關系人民群眾生命財產安全的大事，是經濟社會協調發展的標志。在生產過程中，通過安裝氣體檢測報警裝置，時刻檢測有毒有害氣體泄漏濃度，將風險隱患控制在源頭。
理研計器擁有600多種氣體傳感器和100多種氣體探測器。未來，我們仍將不斷開發新產品、研發各項新功能，使得氣體檢測儀在應用上更先進、更適合日新月異的市場環境，致力于為用戶提供一個可靠、準確、安全的氣體檢測方案。
理研計器必將在未來氣體產業的生命安全畫卷中，添上濃墨重彩的一筆，守護人們的幸福生活，為生產和生活不斷創造新價值！為用戶選配適合原理的檢測儀，用成熟的工藝完善氣體檢測系統。