tekhne露点仪在半导体制造及洁净室内的使用分析

什么是半导体？

半导体是半导体集成电路的缩写。它是一种同时具有“导体”和“绝缘体”特性的物质，其中“导体”具有良好的导电性能，而“绝缘体”具有较差的导电性能。
此外，由半导体晶体管（控制电流的元件）和二极管等电子元件组成的电路有时被称为IC（集成电路）。 如果将导体想象成铁等金属，将绝缘体想象成橡胶，可能会更容易理解。

半导体结构

如上所述，半导体的特性介于导电的“导体”材料和不导电的“绝缘体”材料之间。用技术术语来说，“导体”、“绝缘体”和“半导体”之间已知的区别是“禁带（带隙）”能量宽度的差异。电子所占据的最高能带（价带）与低能带（导带）下端之间的能带称为禁带，价带和导带之间电子不能存在的能带为称为禁带。金属基材料是无禁止带的一个例子。这是因为许多金属很容易导电，这意味着电子可以轻松移动。另一方面，陶瓷、橡胶和玻璃是具有较大禁止的材料的例子。由于电子不能移动，电流不能流过它们，因此它们通常被称为绝缘体。
另一方面，在半导体中，如果禁带比金属宽但比绝缘体小，则可以通过向电子施加能量（例如热或电压）来流动电流。因此，通过有意地将杂质混入半导体本身，可以改变电子和（原子）空位的流动并控制电性能。根据这种故意添加的杂质，半导体分为n型和p型。

N型半导体：在IV族元素（硅、锗Ge等）中含有微量V族元素（磷P、砷As、锑Sb等）的本征半导体（仅由硅Si构成的半导体）元素周期表中添加了元素。当添加V族时，V族的价电子中多出一个电子可以自由移动（自由电子）。自由电子带有负电荷，当它们移动时，它们会降低电阻，当施加能量时，它们被吸引到正极，导致电流流动并表现出半导体特性。
P型半导体：在元素周期表中第IV族元素（硅、锗Ge等）中添加微量第III族元素（硼B、铟In等）的本征半导体。当少量的III族加入到IV族中时，就会缺少一个电子，缺少的空穴称为空穴。如果在这种状态下施加电压，附近的电子将移动到该空穴。 此外，电子的这种运动会在其他地方产生空穴。通过重复这个过程，电子似乎越来越向负极移动。因此，当对其施加能量时，它会被吸引到正极，从而导致电流流动并展现出其作为半导体的特性。

n型半导体和p型半导体之间的结提供了允许电流仅沿特定方向流动的能力。 由于结的存在，n型半导体中的自由电子和p型半导体中的空穴相互吸引，在结面结合并消失。换言之，接合面不存在电子，状态与绝缘体相同。电子不再存在的这一层称为耗尽层。 在这种绝缘体状态下，如果将-极连接到n型半导体侧，将+极连接到p型半导体侧并施加电压，电子将从n型流向p型。

TK-100
在线露点仪

Techne测量畅销书

• 电容式

• ±2℃dp

• 安装型

• -100～+20℃dp

• 生产计划管理



EE060/061

低价型

• 空调、农业等通用温湿度计

• 安装型

• 探头类型

• 温度-40至+80℃

• OEM型号

半导体制造工艺

半导体是极其精密的产品，因此制造工艺较多。该过程大致分为两部分，我们称之为“预处理”和“后处理”。如果将前端工艺视为直到创建半导体结构的工艺，将后工艺视为直到创建最终半导体产品的工艺，可能会更容易理解。

预处理

1）电路/图形设计
首先要制作什么样的半导体，即设计电路图形。所需的电路图案根据半导体的应用而不同，因此设计每次都会改变。由于图案比较复杂，似乎要进行多次操作测试才能完成。

2) 光掩模制作
创建掩模，将 1) 中设计的电路转移到半导体基板上。到目前为止，我一直在办公桌前使用电脑工作。

3）硅锭切割
半导体的基础是硅单晶。首先，在维持液态硅单晶的状态下将其拉出，制作硅锭。使用线锯将硅锭切成薄片，形成盘状晶圆。 硅锭是圆形的，而半导体通常是方形的，因此一块晶圆可以制作多少个方形直接影响生产效率。截至2022年，通常超过300毫米，有些超过450毫米。

4）抛光硅片
硅片表面凹凸不平，需要进行平滑处理。为了使表面光滑，请使用研磨材料或抛光垫来打造镜面般的表面。这就是 TechneMeasurement 的露点计和氧气计发挥作用的地方。如果抛光后晶片被氧化，就会成为干扰因素，因此需要确认氧浓度较低。

5) 硅晶片的氧化
从这里开始，层压层以制造半导体的过程开始。每个过程中的必要步骤都会重复多次以创建产品。 氧化硅是绝缘层，即不导电的层，所以当需要绝缘层时，它在高温下被氧化，形成厚厚的氧化膜。

6) 薄膜形成
存在将作为电路材料的薄膜施加到硅晶片的表面的过程。 薄膜方法有多种，但目前实际使用的有以下两种。此外，为了去除水分和氧气，该工艺必须在真空状态下进行，或者用氮气(N2)或氩气(Ar)等惰性气体代替。如果可以在真空中进行，则优先选择，因为本来就没有物质，而且很可能不存在水分或氧气等杂质。
下面的每个过程都是典型的真空过程。
CVD（化学气相沉积）法：使用要形成薄膜的材料的气体通过化学反应来形成薄膜的方法溅射法：使用想要形成薄膜的材料的气体通过化学反应来形成薄膜的方法。通过与表面碰撞来形成薄膜的方法。

7)光致抗蚀剂的涂敷 涂敷
对光起反应并抵抗9)中所述的蚀刻的光致抗蚀剂。 这使您可以只刻录必要的电路图案。

8)曝光用光照射光致抗蚀剂膜
，仅使光致抗蚀剂膜的暴露于光的部分发生变化并转移到硅晶片的表面。可以说，这个过程需要最微观的技术。 然后将硅晶片浸入显影剂中以仅溶解硅晶片上的曝光区域。剩余的光刻胶膜即为步骤9)中的蚀刻掩模。

9) 蚀刻
这是用溶液去除氧化膜和薄膜的过程。残留光刻胶的区域不会被去除。蚀刻有两种类型：使用溶液的湿蚀刻和使用气体的干蚀刻。

10) 光刻胶去除/清洁
通过与化学品或气体的化学反应来去除剩余的光刻胶。 如果最后清洁它，就可以创建预期的电路。

11)
通过添加由离子注入热处理激活的杂质离子，可以改变半导体的特性。

12）硅片平滑
硅片本身可能因应用了薄膜而存在凹凸不平，因此必须重新抛光。通过重复从 7) 光致抗蚀剂涂覆到 12) 硅片平滑的步骤来创建所需的电路。

13)
将金属嵌入形成电极的硅片中。

14)
使用称为晶圆缺陷检测探针台的立式检测设备，测试每片硅晶圆是否具有最初设计的功能。

MBW373

高精度

• 镜面（镜面）型

• ±0.1℃dp

• 安装型

• -100～+20℃dp

• ～+95℃dp

• ～＋140℃dp



型号201/2001LC

低价型号

• 原电池类型

• 安装型

• 生产计划管理

• %

• OEM型号

后处理

1) 切割工序
使用切割机将制作好的半导体从晶圆上一张一张地切割下来。

2)
将导电脚连接到与电路板接触的部分，以便能够与接合芯片进行接线。如果你观察一下半导体，就会发现大多数都有腿。

3)
使用模制树脂或陶瓷封装。如果在此过程中杂质进入，半导体的寿命将缩短，或者首先会出现缺陷，因此要进行处理以控制杂质。这一过程确保即使内部被划伤也不会被损坏。

4）完成
经过各种测试，产品完成。

洁净室对于半导体制造至关重要

虽然我们周围的空气乍一看似乎很干净，但实际上它含有微小的灰尘和看不见的病毒和细菌。 当在这样的环境下制造半导体时，由于半导体具有精细的结构，因此即使电路之间粘附少量灰尘，次品的可能性也会大大增加。虽然不是半导体，但是如果你要做手术，手术室在这样的环境下，你会担心感染吧？ 在这种情况下，洁净室的创建是为了满足高卫生标准。洁净室内的空气经过高性能过滤器，充满洁净、无尘的空气。洁净室内的空气压力高于室外空气的压力。这是为了保持洁净室内的正压，防止脏空气在进出房间时从外面进入。 2011 年之前，洁净室的清洁度标准为 100 级或 1000 级，基于美国联邦标准 209E 清洁度等级。目前，根据ISO，每立方米大于0.1微米的粉尘颗粒数被划分为1至9级。 此外，TechneMeasurement还拥有一个属于5级的洁净室。

半导体开发/制造/洁净室露点计、氧气浓度计、温湿度计、风速计

在半导体开发/制造过程中，去除颗粒、水分和氧气等干扰因素是一个主要问题。为了确认干扰的消除，我们的露点计、温度/湿度计和氧浓度计被用于半导体制造、运输和检查等各种过程。 也用于除湿空气（干燥空气）的除湿和氮气、氩气、氦气、氢气等气体纯度的测量和控制。相反，某些过程需要高水分含量，在这些过程中，露点计用于保持恒定的水分含量。主要使用以下产品。

水分测量

① 将水分含量控制在极微量（ppb 至个位数 ppm）的过程
　⇒ 可测量低至 -100 ℃ 露点的 TK-100 电容式露点计（氧化铝型） 　⇒ TE-660
控制的过程
可测量低至-60°C露点的露点计（聚合物型）
③作为露点计标准的最重要的工艺
　⇒可测量-95°C至+99°露点的MBW镜面冷却型C（镜面式）露点仪
④ 需要控制相对湿度水平的工艺和洁净室
　⇒ 简易型号 EE060
⑤ 需要大量水分并需要控制恒定含水量的工艺
　⇒ 主要用于高温、高湿条件下的测量湿度 EE33 温湿度计，具有防冷凝措施

氧气浓度测量

① 需要通过氢气置换等去除氧气的工艺
　⇒ 可确认 1 ppm 或更低的 2001LC 原电池氧气浓度计
② 需要在没有氢气的情况下测量微量氧气浓度的工艺
　⇒ 能够测量低至 ppb 水平、型号4100氧化锆氧气浓度计

风速测量

① 在洁净室和制造设备中气流非常重要的过程
　⇒ 可测量微风的风速计