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          首頁 新聞中心 行業資訊 傳感器芯片潔凈車間建設方案示例

          傳感器芯片潔凈車間建設方案示例

          2022-04-26
          共有2032家企業看過

                傳感器芯片潔凈車間生產工藝流程:


                第一步晶圓加工

                所有半導體工藝都始于一粒沙子!因為沙子所含的硅是生產晶圓所需要的原材料。晶圓是將硅(Si)或砷化鎵(GaAs)制成的單晶柱體切割形成的圓薄片。要提取高純度的硅材料需要用到硅砂,一種二氧化硅含量高達95%的特殊材料,也是制作晶圓的主要原材料。晶圓加工就是制作獲取上述晶圓的過程。

                鑄錠

                首先需將沙子加熱,分離其中的一氧化碳和硅,并不斷重復該過程直至獲得超高純度的電子級硅(EG-Si)。高純硅熔化成液體,進而再凝固成單晶固體形式,稱為“錠”,這就是半導體制造的第一步。硅錠(硅柱)的制作精度要求很高,達到納米級,其廣泛應用的制造方法是提拉法。

                錠切割

                前一個步驟完成后,需要用金剛石鋸切掉鑄錠的兩端,再將其切割成一定厚度的薄片。錠薄片直徑決定了晶圓的尺寸,更大更薄的晶圓能被分割成更多的可用單元,有助于降低生產成本。切割硅錠后需在薄片上加入“平坦區”或“凹痕”標記,方便在后續步驟中以其為標準設置加工方向。

                晶圓表面拋光

                通過上述切割過程獲得的薄片被稱為“裸片”,即未經加工的“原料晶圓”。裸片的表面凹凸不平,無法直接在上面印制電路圖形。因此,需要先通過研磨和化學刻蝕工藝去除表面瑕疵,然后通過拋光形成光潔的表面,再通過清洗去除殘留污染物,即可獲得表面整潔的成品晶圓。



                第二步 氧化

                氧化過程的作用是在晶圓表面形成保護膜。它可以保護晶圓不受化學雜質影響、避免漏電流進入電路、預防離子植入過程中的擴散以及防止晶圓在刻蝕時滑脫。

          氧化過程的第一步是去除雜質和污染物,需要通過四步去除有機物、金屬等雜質及蒸發殘留的水分。清潔完成后就可以將晶圓置于800至1200攝氏度的高溫環境下,通過氧氣或蒸氣在晶圓表面的流動形成二氧化硅(即“氧化物”)層。氧氣擴散通過氧化層與硅反應形成不同厚度的氧化層,可以在氧化完成后測量它的厚度。

                干法氧化和濕法氧化

                根據氧化反應中氧化劑的不同,熱氧化過程可分為干法氧化和濕法氧化,前者使用純氧產生二氧化硅層,速度慢但氧化層薄而致密,后者需同時使用氧氣和高溶解度的水蒸氣,其特點是生長速度快但保護層相對較厚且密度較低。

                除氧化劑以外,還有其他變量會影響到二氧化硅層的厚度。首先,晶圓結構及其表面缺陷和內部摻雜濃度都會影響氧化層的生成速率。此外,氧化設備產生的壓力和溫度越高,氧化層的生成就越快。在氧化過程,還需要根據單元中晶圓的位置而使用假片,以保護晶圓并減小氧化度的差異。


                第三步 光刻

                光刻是通過光線將電路圖案“印刷”到晶圓上,我們可以將其理解為在晶圓表面繪制半導體制造所需的平面圖。電路圖案的精細度越高,成品芯片的集成度就越高,必須通過先進的光刻技術才能實現。具體來說,光刻可分為涂覆光刻膠、曝光和顯影三個步驟。

                涂覆光刻膠

                在晶圓上繪制電路的第一步是在氧化層上涂覆光刻膠。光刻膠通過改變化學性質的方式讓晶圓成為“相紙”。晶圓表面的光刻膠層越薄,涂覆越均勻,可以印刷的圖形就越精細。這個步驟可以采用“旋涂”方法。

                根據光(紫外線)反應性的區別,光刻膠可分為兩種:正膠和負膠,前者在受光后會分解并消失,從而留下未受光區域的圖形,而后者在受光后會聚合并讓受光部分的圖形顯現出來。

                曝光

                在晶圓上覆蓋光刻膠薄膜后,就可以通過控制光線照射來完成電路印刷,這個過程被稱為“曝光”。我們可以通過曝光設備來選擇性地通過光線,當光線穿過包含電路圖案的掩膜時,就能將電路印制到下方涂有光刻膠薄膜的晶圓上。

                在曝光過程中,印刷圖案越精細,最終的芯片就能夠容納更多元件,這有助于提高生產效率并降低單個元件的成本。在這個領域,目前備受矚目的新技術是EUV光刻。

                顯影

                曝光之后的步驟是在晶圓上噴涂顯影劑,目的是去除圖形未覆蓋區域的光刻膠,從而讓印刷好的電路圖案顯現出來。顯影完成后需要通過各種測量設備和光學顯微鏡進行檢查,確保電路圖繪制的質量。



                第四步 刻蝕

                在晶圓上完成電路圖的光刻后,就要用刻蝕工藝來去除任何多余的氧化膜且只留下半導體電路圖。要做到這一點需要利用液體、氣體或等離子體來去除選定的多余部分。

          刻蝕的方法主要分為兩種,取決于所使用的物質:使用特定的化學溶液進行化學反應來去除氧化膜的濕法刻蝕,以及使用氣體或等離子體的干法刻蝕。

                濕法刻蝕

                使用化學溶液去除氧化膜的濕法刻蝕具有成本低、刻蝕速度快和生產率高的優勢。然而,濕法刻蝕具有各向同性的特點,即其速度在任何方向上都是相同的。這會導致掩膜(或敏感膜)與刻蝕后的氧化膜不能完全對齊,因此很難處理非常精細的電路圖。

                干法刻蝕

                干法刻蝕可分為三種不同類型。第一種為化學刻蝕,其使用的是刻蝕氣體(主要是氟化氫)。和濕法刻蝕一樣,這種方法也是各向同性的,這意味著它也不適合用于精細的刻蝕。第二種方法是物理濺射,即用等離子體中的離子來撞擊并去除多余的氧化層。作為一種各向異性的刻蝕方法,濺射刻蝕在水平和垂直方向的刻蝕速度是不同的,因此它的精細度也要超過化學刻蝕。但這種方法的缺點是刻蝕速度較慢,因為它完全依賴于離子碰撞引起的物理反應。

                最后的第三種方法就是反應離子刻蝕(RIE)。RIE結合了前兩種方法,即在利用等離子體進行電離物理刻蝕的同時,借助等離子體活化后產生的自由基進行化學刻蝕。除了刻蝕速度超過前兩種方法以外,RIE可以利用離子各向異性的特性,實現高精細度圖案的刻蝕。

                如今干法刻蝕已經被廣泛使用,以提高精細半導體電路的良率。保持全晶圓刻蝕的均勻性并提高刻蝕速度至關重要,當今最先進的干法刻蝕設備正在以更高的性能,支持最為先進的邏輯和存儲芯片的生產。


                第五步 薄膜沉積

                為了創建芯片內部的微型器件,我們需要不斷地沉積一層層的薄膜并通過刻蝕去除掉其中多余的部分,另外還要添加一些材料將不同的器件分離開來。每個晶體管或存儲單元就是通過上述過程一步步構建起來的。我們這里所說的“薄膜”是指厚度小于1微米(μm,百萬分之一米)、無法通過普通機械加工方法制造出來的“膜”。將包含所需分子或原子單元的薄膜放到晶圓上的過程就是“沉積”。

                要形成多層的半導體結構,我們需要先制造器件疊層,即在晶圓表面交替堆疊多層薄金屬(導電)膜和介電(絕緣)膜,之后再通過重復刻蝕工藝去除多余部分并形成三維結構??捎糜诔练e過程的技術包括化學氣相沉積 (CVD)、原子層沉積 (ALD) 和物理氣相沉積 (PVD),采用這些技術的方法又可以分為干法和濕法沉積兩種。



                電子潔凈車間建設方案簡要:


                由于大型電子廠房的潔凈度要求不僅包括空氣潔凈度, 還對土壤以及水資源的潔凈度進行要求,在選址時期還應對 周邊的地質環境進行勘探分析,選擇地質污染程度較低的區 域進行大型電子潔凈廠房的實際建設;而后在大型電子潔凈廠房的生產中噪聲與振動均對生產質量與生產水平具有較大 影響,在選擇產區地址時,應選擇距離交通要道較遠且噪聲與 振動較小的區域。
              

                室內裝修要求
                在對大型電子潔凈廠房進行室內裝修設計時應注意以下:

                ⑴潔凈廠房的氣密性,由于潔凈廠房均為密閉性生產車間,在設計過程中應相應減少門窗的設計數量,若進行門窗 設計,則應對門窗的縫隙利用密封膠進行正壓面的密封,以保 障廠房環境中的潔凈程度

                (2)潔凈廠房的無塵室,在無塵室的裝修過程中,應對室內的墻壁與地面的裝修設計進行重視, 保障兩者裝修后表面的平整和清潔,同時在地面的裝修中還 應保障地面的整體性、耐磨性以及防潮性能

                (3)潔凈廠房建設的材料,建設的材料選擇是保障廠房潔凈程度的重要基礎, 在進行頂棚的裝修設計時選擇非燃燒的材質,以保障火災發 生時降低火災蔓延的速度與潔凈廠房的損失程度,在進行吊 頂裝修材質選擇時,應選擇輕質的吊頂,保障廠區屋頂的平整 程度。
                

                暖通空調節能設計要求
                由于大型電子潔凈廠房的規模較大,其能源消耗程度也出現較高的狀態。因此,在具體的暖通空調節能設計時,通風、 空調設備選用節能設備;空調風管、冷凍水管、熱水管均進行 保溫,減少能量損失,選用保溫性能好的保溫材料,如離心玻 璃棉、橡塑海綿保溫材料;凈化空調系統均配置自動控制系 統;新風空調機、接工藝設備的局部$5風系統的風機均采用變 頻風機,可根據工藝生產的實際情況對風機轉速進行調節。
                

                人、物流線設計要求
          電子潔凈廠房的運行中對潔凈程度的要求最為嚴格,為 保障廠房的潔凈程度處于較高水平,應對空氣污染來源進行 及時的解決。建立人員的凈化流水線、物料的獨立設置以及圍 護結構的密閉性將會在潔凈污染的來源進行及時的處理。人 員的凈化流線則是從人員進入廠區至U進入電子生產區之間建 立潔凈區域,避免人員帶入灰塵以及細菌到電子生產區。物料 的獨立設置則不應與人員凈化流水線相一致,確保搬運過程 中的灰塵等影響潔凈程度的物質不會進入潔凈區。


                詳細設計要點請聯系合潔科技半導體車間建設工程師

                潔凈車間工程示例如下:





          標簽:
          光電顯示
          AMOLED LED貼片/模組/封裝 TFT-LCD 液晶 觸控模組 顯示器件FED 偏光片
          • AMOLED
            AMOLED
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          • LED貼片/模組/封裝
            LED貼片/模組/封裝
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          • TFT-LCD
            TFT-LCD
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          • 液晶
            液晶
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          • 觸控模組
            觸控模組
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