引言

集成電路材料是集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，屬于高壁壘行業(yè)，具有技術(shù)含量高、生產(chǎn)難度大等特點(diǎn)。集成電路材料主要應(yīng)用于晶圓制造和芯片封裝環(huán)節(jié)，具體可以歸納為硅材料、電子氣體、工藝化學(xué)品、CMP拋光材料、濺射靶材、光掩模、光刻材料和專用封裝材料等八大類。

集成電路制造工藝流程圖

下面為大家介紹下集成電路材料的主要性能參數(shù)

1、硅材料

硅材料是具有一定半導(dǎo)體電學(xué)特性和物理穩(wěn)定性，并為后續(xù)集成電路制造過程提供襯底支撐的固態(tài)材料，是硅基集成電路的關(guān)鍵材料，全球95%以上的半導(dǎo)體器件和90%以上的集成電路制作在硅片上。

硅材料的主要性能參數(shù)包括電學(xué)性能、幾何尺寸、表面質(zhì)量、雜質(zhì)含量、結(jié)晶學(xué)參數(shù)等。硅片的各項(xiàng)質(zhì)量特性參數(shù)是相互關(guān)聯(lián)、相互影響的，它們綜合影響硅片的內(nèi)在質(zhì)量和表面加工質(zhì)量。硅片的初期提純階段主要考慮其雜質(zhì)含量；生長(zhǎng)階段決定了晶體的結(jié)晶學(xué)參數(shù)和電學(xué)參數(shù)；而后期加工階段則決定了幾何尺寸參數(shù)和表面質(zhì)量。

2、工藝化學(xué)品

工藝化學(xué)品又稱濕電子化學(xué)品，是集成電路、分立器件濕法工藝過程中使用的不可缺少的關(guān)鍵基礎(chǔ)化工材料，主要用于清洗、刻蝕、電鍍和表面處理等工藝。工藝化學(xué)品一般要求是超高純度和超高潔凈度，對(duì)生產(chǎn)、包裝、運(yùn)輸及使用環(huán)境的潔凈度也有極高要求。按照組成成分和應(yīng)用工藝分為通用化學(xué)品（超凈高純?cè)噭┖凸δ芑瘜W(xué)品。

工藝化學(xué)品的主要性能參數(shù)包括顆粒度分析、金屬雜質(zhì)分析和非金屬雜質(zhì)分析等。通用化學(xué)品一般控制顆粒粒徑在0.5μm以下，雜質(zhì)含量低于ppm級(jí)，是工藝化學(xué)品中對(duì)顆粒控制、雜質(zhì)含量要求最高的產(chǎn)品。

表1 通用化學(xué)品SEMI國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)

ICP-MS分析

IC分析

3、濺射靶材

濺射靶材主要是指純度為99.9-99.9999%（3N-6N）的金屬或非金屬靶材，應(yīng)用于電子元器件制造的物理氣相沉積（PVD）工藝，是制備集成電路芯片、平板顯示、光伏太陽能電池等電子薄膜的關(guān)鍵材料。目前，集成電路制造用靶材主要包括鋁靶材、鈦靶材、銅靶材、鉭靶材及其合金靶材、鈷靶材、鎳及合金靶材以及稀貴金屬靶材等。

集成電路制造工藝用靶材的主要性能參數(shù)包括純度、雜質(zhì)含量、組織均勻性、缺陷以及晶粒和晶向均勻性等。

C-SAM分析

XRD晶型結(jié)構(gòu)分析

電子氣體是市場(chǎng)規(guī)模僅次于襯底材料的第二大半導(dǎo)體制造用材料，占芯片制造材料成本的20%左右，包括大宗電子氣體、離子注入氣體、薄膜沉積氣體（包括化學(xué)氣相沉積CVD、原子層沉積ALD氣體和前軀體）、刻蝕清洗氣體、激光氣體等。電子氣體是影響芯片制造和器件性能的核心材料。

4、電子氣體

電子氣體的主要性能參數(shù)是純度和水分含量，分析檢測(cè)儀器包括氣相色譜、水分儀、紅外、質(zhì)譜、ICP-MS、NMR、液相色譜等。通常，電子氣體的雜質(zhì)含量要求控制在10-6~10-9數(shù)量級(jí)，對(duì)有害雜質(zhì)更是有嚴(yán)格的規(guī)定。

GC組分分析

FT-IR結(jié)構(gòu)分析

5、專用封裝材料

集成電路封裝的主要作用是對(duì)半導(dǎo)體器件進(jìn)行支撐和保護(hù)，防止物理、化學(xué)損傷，同時(shí)使芯片與外部電路形成可靠的電連接。根據(jù)目前技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r判斷，三維異質(zhì)集成將是封裝技術(shù)重要的發(fā)展趨勢(shì)，晶圓級(jí)封裝（WLP）、倒裝芯片封裝（FC）、三維封裝（2.5D/3D）、系統(tǒng)級(jí)封裝（SiP）等是先進(jìn)封裝技術(shù)的主要發(fā)展方向。封裝材料按其在工藝過程中的用途可分為承載類材料、線路連接類材料、模封保護(hù)類材料、粘結(jié)類材料、其他功能材料、陶瓷封裝材料及封裝工藝材料等。

專用封裝材料在滿足低成本的要求之外，在性能上需要滿足6個(gè)主要的特性：功能特性、粘接性、模量、熱膨脹系數(shù)（CTE）、機(jī)械強(qiáng)度、抗?jié)裥浴?/span>

表2 主要封裝材料及分類

Hotdisk分析

VNA分析

XPS分析

TGA分析

6、CMP拋光材料

拋光液的主要性能參數(shù)包括純度、粘度、pH值、顆粒粒徑、離子含量等；拋光墊的主要性能參數(shù)包括厚度、密度、壓縮率、軟硬度、溝槽圖形及其深度、空穴大小等，主要指標(biāo)要求包括拋光速率、均勻性、缺陷率、壽命等。

7、光掩模

光掩模是集成電路晶圓制造用母版，承載著集成電路設(shè)計(jì)版圖的相關(guān)信息。在晶圓制造工藝中，通過光刻膠涂覆、曝光、顯影等一系列工藝，將光掩模上的圖形轉(zhuǎn)移到被曝光的襯底材料上，實(shí)現(xiàn)圖形轉(zhuǎn)移。目前半導(dǎo)體制造用光掩模主要有二元光掩模、相移光掩模和EUV光掩模等。光掩模配套的關(guān)鍵原材料包括光掩模基板、光掩模保護(hù)膜、高純合成石英等。

光掩模基板的主要性能參數(shù)包括平整度、潔凈度和表面沉積材料的性能等；保護(hù)膜的主要性能參數(shù)包括光密度、反射率、厚度和缺陷等；合成石英的主要性能參數(shù)包括耐光性、透光率、熱膨脹率、平坦度、表面精度、耐等離子體、耐酸堿性和絕緣性等。

8、光刻材料

光刻材料包括光刻膠、光刻膠專用試劑以及光刻輔助材料。光刻膠的性能和品質(zhì)與集成電路工藝線寬和曝光工藝效率以及芯片良率和可靠性等直接相關(guān)，是制約集成電路工藝技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵性核心材料。

光刻膠的主要性能參數(shù)包括分辨率、粘滯性/黏度、對(duì)比度、對(duì)電鍍液的耐受性、涂布均勻性、膜厚和涂層缺陷等；同時(shí)光刻膠及其專用試劑必須滿足集成電路工藝對(duì)金屬離子含量和顆粒含量的控制要求。

結(jié)語

集成電路材料是集成電路產(chǎn)業(yè)的基石，對(duì)集成電路材料進(jìn)行檢測(cè)和分析能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)制造過程中的可靠性缺陷，有效避免大規(guī)模量產(chǎn)后造成更大規(guī)模的損失，是集成電路產(chǎn)業(yè)提質(zhì)升級(jí)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵環(huán)節(jié)。中國(guó)賽寶實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)了國(guó)家新材料測(cè)試評(píng)價(jià)平臺(tái)-電子材料行業(yè)中心的建設(shè)，是國(guó)內(nèi)首批也是唯一的電子材料行業(yè)中心，是目前唯一落地廣東的國(guó)家級(jí)新材料重點(diǎn)平臺(tái)。賽寶在集成電路材料領(lǐng)域已具備相關(guān)測(cè)試分析設(shè)備和國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的技術(shù)實(shí)力，是我國(guó)集成電路技術(shù)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟中唯一的分析評(píng)價(jià)服務(wù)單位，能夠給客戶提供綜合可靠性保障服務(wù)，歡迎有意者咨詢相關(guān)業(yè)務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

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