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tekhne露點儀在半導體制造及潔凈室內(nèi)的使用分析
半導體是半導體集成電路的縮寫。它是一種同時具有“導體"和“絕緣體"特性的物質(zhì)，其中“導體"具有良好的導電性能，而“絕緣體"具有較差的導電性能。
此外，由半導體晶體管（控制電流的元件）和二極管等電子元件組成的電路有時被稱為IC（集成電路）。 如果將導體想象成鐵等金屬，將絕緣體想象成橡膠，可能會更容易理解。
如上所述，半導體的特性介于導電的“導體"材料和不導電的“絕緣體"材料之間。用技術(shù)術(shù)語來說，“導體"、“絕緣體"和“半導體"之間已知的區(qū)別是“禁帶（帶隙）"能量寬度的差異。電子所占據(jù)的最高能帶（價帶）與低能帶（導帶）下端之間的能帶稱為禁帶，價帶和導帶之間電子不能存在的能帶為稱為禁帶。金屬基材料是無禁止帶的一個例子。這是因為許多金屬很容易導電，這意味著電子可以輕松移動。另一方面，陶瓷、橡膠和玻璃是具有較大禁止的材料的例子。由于電子不能移動，電流不能流過它們，因此它們通常被稱為絕緣體。
另一方面，在半導體中，如果禁帶比金屬寬但比絕緣體小，則可以通過向電子施加能量（例如熱或電壓）來流動電流。因此，通過有意地將雜質(zhì)混入半導體本身，可以改變電子和（原子）空位的流動并控制電性能。根據(jù)這種故意添加的雜質(zhì)，半導體分為n型和p型。
N型半導體：在IV族元素（硅、鍺Ge等）中含有微量V族元素（磷P、砷As、銻Sb等）的本征半導體（僅由硅Si構(gòu)成的半導體）元素周期表中添加了元素。當添加V族時，V族的價電子中多出一個電子可以自由移動（自由電子）。自由電子帶有負電荷，當它們移動時，它們會降低電阻，當施加能量時，它們被吸引到正極，導致電流流動并表現(xiàn)出半導體特性。
P型半導體：在元素周期表中第IV族元素（硅、鍺Ge等）中添加微量第III族元素（硼B(yǎng)、銦In等）的本征半導體。當少量的III族加入到IV族中時，就會缺少一個電子，缺少的空穴稱為空穴。如果在這種狀態(tài)下施加電壓，附近的電子將移動到該空穴。 此外，電子的這種運動會在其他地方產(chǎn)生空穴。通過重復這個過程，電子似乎越來越向負極移動。因此，當對其施加能量時，它會被吸引到正極，從而導致電流流動并展現(xiàn)出其作為半導體的特性。
n型半導體和p型半導體之間的結(jié)提供了允許電流僅沿特定方向流動的能力。 由于結(jié)的存在，n型半導體中的自由電子和p型半導體中的空穴相互吸引，在結(jié)面結(jié)合并消失。換言之，接合面不存在電子，狀態(tài)與絕緣體相同。電子不再存在的這一層稱為耗盡層。 在這種絕緣體狀態(tài)下，如果將-極連接到n型半導體側(cè)，將+極連接到p型半導體側(cè)并施加電壓，電子將從n型流向p型。
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半導體是極其精密的產(chǎn)品，因此制造工藝較多。該過程大致分為兩部分，我們稱之為“預處理"和“后處理"。如果將前端工藝視為直到創(chuàng)建半導體結(jié)構(gòu)的工藝，將后工藝視為直到創(chuàng)建最終半導體產(chǎn)品的工藝，可能會更容易理解。
1）電路/圖形設(shè)計
首先要制作什么樣的半導體，即設(shè)計電路圖形。所需的電路圖案根據(jù)半導體的應用而不同，因此設(shè)計每次都會改變。由于圖案比較復雜，似乎要進行多次操作測試才能完成。
2) 光掩模制作
創(chuàng)建掩模，將 1) 中設(shè)計的電路轉(zhuǎn)移到半導體基板上。到目前為止，我一直在辦公桌前使用電腦工作。
3）硅錠切割
半導體的基礎(chǔ)是硅單晶。首先，在維持液態(tài)硅單晶的狀態(tài)下將其拉出，制作硅錠。使用線鋸將硅錠切成薄片，形成盤狀晶圓。 硅錠是圓形的，而半導體通常是方形的，因此一塊晶圓可以制作多少個方形直接影響生產(chǎn)效率。截至2022年，通常超過300毫米，有些超過450毫米。
4）拋光硅片
硅片表面凹凸不平，需要進行平滑處理。為了使表面光滑，請使用研磨材料或拋光墊來打造鏡面般的表面。這就是 TechneMeasurement 的露點計和氧氣計發(fā)揮作用的地方。如果拋光后晶片被氧化，就會成為干擾因素，因此需要確認氧濃度較低。
5) 硅晶片的氧化
從這里開始，層壓層以制造半導體的過程開始。每個過程中的必要步驟都會重復多次以創(chuàng)建產(chǎn)品。 氧化硅是絕緣層，即不導電的層，所以當需要絕緣層時，它在高溫下被氧化，形成厚厚的氧化膜。
6) 薄膜形成
存在將作為電路材料的薄膜施加到硅晶片的表面的過程。 薄膜方法有多種，但目前實際使用的有以下兩種。此外，為了去除水分和氧氣，該工藝必須在真空狀態(tài)下進行，或者用氮氣(N2)或氬氣(Ar)等惰性氣體代替。如果可以在真空中進行，則優(yōu)先選擇，因為本來就沒有物質(zhì)，而且很可能不存在水分或氧氣等雜質(zhì)。
下面的每個過程都是典型的真空過程。
CVD（化學氣相沉積）法：使用要形成薄膜的材料的氣體通過化學反應來形成薄膜的方法濺射法：使用想要形成薄膜的材料的氣體通過化學反應來形成薄膜的方法。通過與表面碰撞來形成薄膜的方法。
7)光致抗蝕劑的涂敷 涂敷
對光起反應并抵抗9)中所述的蝕刻的光致抗蝕劑。 這使您可以只刻錄必要的電路圖案。
8)曝光用光照射光致抗蝕劑膜
，僅使光致抗蝕劑膜的暴露于光的部分發(fā)生變化并轉(zhuǎn)移到硅晶片的表面?？梢哉f，這個過程需要最微觀的技術(shù)。 然后將硅晶片浸入顯影劑中以僅溶解硅晶片上的曝光區(qū)域。剩余的光刻膠膜即為步驟9)中的蝕刻掩模。
9) 蝕刻
這是用溶液去除氧化膜和薄膜的過程。殘留光刻膠的區(qū)域不會被去除。蝕刻有兩種類型：使用溶液的濕蝕刻和使用氣體的干蝕刻。
10) 光刻膠去除/清潔
通過與化學品或氣體的化學反應來去除剩余的光刻膠。 如果最后清潔它，就可以創(chuàng)建預期的電路。
11)
通過添加由離子注入熱處理激活的雜質(zhì)離子，可以改變半導體的特性。
12）硅片平滑
硅片本身可能因應用了薄膜而存在凹凸不平，因此必須重新拋光。通過重復從 7) 光致抗蝕劑涂覆到 12) 硅片平滑的步驟來創(chuàng)建所需的電路。
13)
將金屬嵌入形成電極的硅片中。
14)
使用稱為晶圓缺陷檢測探針臺的立式檢測設(shè)備，測試每片硅晶圓是否具有最初設(shè)計的功能。
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1) 切割工序
使用切割機將制作好的半導體從晶圓上一張一張地切割下來。
2)
將導電腳連接到與電路板接觸的部分，以便能夠與接合芯片進行接線。如果你觀察一下半導體，就會發(fā)現(xiàn)大多數(shù)都有腿。
3)
使用模制樹脂或陶瓷封裝。如果在此過程中雜質(zhì)進入，半導體的壽命將縮短，或者首先會出現(xiàn)缺陷，因此要進行處理以控制雜質(zhì)。這一過程確保即使內(nèi)部被劃傷也不會被損壞。
4）完成
經(jīng)過各種測試，產(chǎn)品完成。
雖然我們周圍的空氣乍一看似乎很干凈，但實際上它含有微小的灰塵和看不見的病毒和細菌。 當在這樣的環(huán)境下制造半導體時，由于半導體具有精細的結(jié)構(gòu)，因此即使電路之間粘附少量灰塵，次品的可能性也會大大增加。雖然不是半導體，但是如果你要做手術(shù)，手術(shù)室在這樣的環(huán)境下，你會擔心感染吧？ 在這種情況下，潔凈室的創(chuàng)建是為了滿足高衛(wèi)生標準。潔凈室內(nèi)的空氣經(jīng)過高性能過濾器，充滿潔凈、無塵的空氣。潔凈室內(nèi)的空氣壓力高于室外空氣的壓力。這是為了保持潔凈室內(nèi)的正壓，防止臟空氣在進出房間時從外面進入。 2011 年之前，潔凈室的清潔度標準為 100 級或 1000 級，基于美國聯(lián)邦標準 209E 清潔度等級。目前，根據(jù)ISO，每立方米大于0.1微米的粉塵顆粒數(shù)被劃分為1至9級。 此外，TechneMeasurement還擁有一個屬于5級的潔凈室。
在半導體開發(fā)/制造過程中，去除顆粒、水分和氧氣等干擾因素是一個主要問題。為了確認干擾的消除，我們的露點計、溫度/濕度計和氧濃度計被用于半導體制造、運輸和檢查等各種過程。 也用于除濕空氣（干燥空氣）的除濕和氮氣、氬氣、氦氣、氫氣等氣體純度的測量和控制。相反，某些過程需要高水分含量，在這些過程中，露點計用于保持恒定的水分含量。主要使用以下產(chǎn)品。
① 將水分含量控制在極微量（ppb 至個位數(shù) ppm）的過程
? 可測量低至 -100 ℃ 露點的 TK-100 電容式露點計（氧化鋁型） ? TE-660
控制的過程
可測量低至-60°C露點的露點計（聚合物型）
③作為露點計標準的最重要的工藝
?可測量-95°C至+99°露點的MBW鏡面冷卻型C（鏡面式）露點儀
④ 需要控制相對濕度水平的工藝和潔凈室
? 簡易型號 EE060
⑤ 需要大量水分并需要控制恒定含水量的工藝
? 主要用于高溫、高濕條件下的測量濕度 EE33 溫濕度計，具有防冷凝措施
① 需要通過氫氣置換等去除氧氣的工藝
? 可確認 1 ppm 或更低的 2001LC 原電池氧氣濃度計
② 需要在沒有氫氣的情況下測量微量氧氣濃度的工藝
? 能夠測量低至 ppb 水平、型號4100氧化鋯氧氣濃度計
① 在潔凈室和制造設(shè)備中氣流非常重要的過程
? 可測量微風的風速計
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適用于高濕度和惡劣環(huán)境的溫濕度計
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