半导体展NEPCON|半导体的诞生：薄膜制备、光刻和刻蚀，三大技术的匠心独运
在微电子工程领域，半导体制造是关键的过程之一。从科研实验室的小型设备到大规模生产线，每一颗半导体芯片的诞生都需要经过精细的设计和繁复的制程。这一过程中，有三项工艺尤为重要，它们分别是：薄膜制备、光刻和刻蚀。本文将重点介绍这三个关键工艺的基本原理和应用。今天就由半导体展NEPCON小编为你解读更多行业新趋势。
一、薄膜制备
薄膜制备是半导体制程中的基础工艺之一。一般而言，薄膜制备是指在半导体硅片上形成一层厚度均匀、结构一致的缘材料或金属薄膜。制备薄膜的方法主要有物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）和原子层沉积（ALD）等。
物理气相沉积是一种通过物理方式将靶材料的原子或分子“喷射”到硅片表面，形成薄膜的方法。化学气相沉积则是利用化学反应生成沉积物质，从而在硅片上形成薄膜。原子层沉积则是以原子级别进行控制，使得沉积物质在硅片上均匀分布。
二、光刻
光刻是一种通过使用紫外线或更短波长的光线将微细图案转移到硅片表面的工艺。其过程中会使用一种叫做光刻胶的感光材料，将光源的光线投射到已经涂抹了光刻胶的硅片上。经过照射后的光刻胶会发生化学反应，部分结构变得可以被溶剂溶解。通过这种方式，将图案转移到硅片上。
光刻胶经过显影、烘烤和清洗后，光刻胶表面就形成了预先设计的图案。这个图案可以是晶体管、电阻或电容等电子元件的形状，这些元件是半导体芯片的基本构成单位。光刻是实现集成电路中细小特征的关键工艺，决定了半导体设备的尺寸和性能。
三、刻蚀
刻蚀是将硅片上多余的材料去除，形成微观结构的过程。根据需要去除材料的种类和所需的精度，刻蚀工艺可以分为湿刻蚀和干刻蚀两种。
湿刻蚀是将硅片浸入腐蚀液中，利用腐蚀液的化学性质将硅片上的某些材料腐蚀掉。这种方法简单、成本低，但精度较低，不适合制作细小的结构。
干刻蚀是使用高能离子束或等离子体来去除硅片上的材料。这种方法精度高，适合制作微细结构，但成本较高。
薄膜制备、光刻和刻蚀三者相辅相成，共同构成了半导体制程的主体。在这三个步骤中，每一步都需要精确控制，以确保后生产出来的半导体芯片的质量和性能。而在不断的技术进步下，半导体制造工艺将会更加精细，能够制造出更高性能、更小尺寸的半导体芯片，满足未来科技发展的需求。
四、薄膜制备的重要性
在半导体工艺中，薄膜制备不仅关乎到材料特性的展现，更涉及到了后续的光刻和刻蚀过程。薄膜的质量和厚度将会直接影响到芯片的电学性能和可靠性。同时，如何在大面积的硅片上实现均匀、高质量的薄膜制备，也是半导体制程中的一大挑战。因此，对于薄膜制备工艺的研究和优化，是提升半导体芯片性能的关键一环。
五、光刻工艺的发展和挑战
光刻工艺作为半导体制程中的重要环节，其发展水平直接决定了集成电路的集成度。随着摩尔定律的不断推进，光刻技术已从早期的g线（436nm）和i线（365nm）光刻，发展到深紫外光刻、193nm干湿光刻、甚至是新的紫外（EUV）光刻技术。
然而，光刻技术也面临着挑战。光源、光刻胶、掩模和光刻设备等的技术壁垒，制约着半导体工艺的进一步发展。例如，尽管EUV光刻可以提供更短的波长和更高的解析度，但它的光源稳定性、光刻胶耐刻性、掩模工艺以及设备成本等问题，都是亟待解决的难题。
六、刻蚀工艺的精准性与复杂性
刻蚀工艺在半导体制程中扮演了“雕刻师”的角色，是形成微电子器件三维结构的重要步骤。无论是简单的平面微电子器件，还是复杂的三维堆叠结构，都离不开刻蚀工艺的精细雕琢。
然而，刻蚀并非一帆风顺。湿刻蚀的难度在于控制刻蚀的深度和均匀性，而干刻蚀则需面对如何在高能离子束的轰击下保持刻蚀的精准度和形状控制。尤其是在制作高深宽比的微观结构时，刻蚀过程的复杂性和挑战性更是显而易见。
七、结语
半导体制造工艺的发展，无疑是科技进步的缩影。在这个过程中，薄膜制备、光刻和刻蚀这三项关键技术，既是半导体制程的主要步骤，也是技术发展的主要驱动力。然而，随着设备尺寸的不断缩小和性能的不断提升，未来的半导体制造将会面临更多挑战。如何克服这些挑战，优化和改进这三项关键工艺，将是未来半导体工业的重要课题。
以上便是半导体展NEPCON小编为大家整理的相关内容，如果大家对这方面比较感兴趣，可以到半导体展NEPCON参观交流。2023年10月11日-13日，半导体展NEPCON将于深圳国际会展中心（宝安新馆）隆重开幕，将以“跨界+芯+智造”为创新理念，展会将汇聚1,200个企业及品牌参展，展示电子元器件、PCBA制程、智能制造、 EMS服务、半导体封测等相关的国内外设备新品及先进技术解决方案。与同期多展联动，带来消费电子、家电、工控、通信通讯、汽车、触控显示、新能源、医疗器械、光电等领域跨界商机，绽放亚洲电子工业新活力。此外，同期将举办超30场跨国、跨界活动，覆盖PCBA制程、半导体封装、工业机器人、智能仓储与物流、机器视觉、智慧工厂、工业互联网、激光、3C、家用电器、通信、汽车、5G、物联网、人工智能、AR/VR、新能源、医疗器械、照明等热门话题，创新打造多元化国内、外商务配对社交机会，一站式捕捉亚洲跨界商贸网络，诚邀您莅临参观，为您解读更多行业发展新趋势。
文章来源：真空回流焊中科同志