半导体制造工艺流程.docx
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半导体制造工艺流程
半导体制造工艺流程
本报告的研究对象为半导体制造工艺流程中的制造、封装、测试、净化以及试验检测设备等。
一、2002年中国半导体设备市场环境综述
（一）半导体设备分类与技术进展现状
半导体的飞跃进展与其结构和工艺技术的进步分不开,专门与半导体工艺设备的进展息息相关。
半导体工艺设备是集成电路制造的物质基础，半导体设备的更新换代，推动半导体工艺，半导体产品及整个电子装备的更新换代。
多年来,国际半导体集成电路进展的历史充分说明:
谁拥有先进的工艺设备,谁就能在半导体集成电路生产上处于领先地位。
为此,要进展半导体集成电路工业,必须优先进展相应的半导体专用设备。
因此，从本质上讲，半导体设备不仅支撑集成电路产业的进展，同时也支撑整个电子信息产业的进展。
半导体制造工艺流程主体为设计——制造——封装——测试，制造是指前道微细加工，要紧包括对半导体芯片进行曝光、刻蚀、掺杂、薄膜生长等工艺加工流程，是最为关键的环节。
半导体制造设备要紧有材料制备设备、前道工序设备、后道工序设备、净化设备、试验检测设备等，半导体设备属于高科技、高投入的范畴,其特点是光机电结合，在精度要求上较纯机械要高得多。
国际上集成电路进展40多年来，工艺技术进展相当迅速。
其集成度从十几个元件的小规模,进入到集成上亿个元器件的特大规模的进展时期,其加工精度从十几微米进展到亚微米、深亚微米时期。
硅片尺寸从2英寸进展到6英寸、8英寸并正向12英寸规模进展，其生产集成电路的专用设备也更换了多代产品。
目前国际上大生产工艺技术水平主流在8英寸、0.18~0.25微米水平,并已达到12英寸0.10~0.15微米工艺技术水平，世界要紧半导体大厂英特尔、台积电、摩托罗拉、德州仪器（TI）等，当前均已投入0.10微米以下半导体制造工艺的研发，并力图尽快投入量产，竞争日趋猛烈。
集成电路技术的高速进展对专用设备和仪器提出了更严格的要求,集成电路设备进展到今天，差不多不是一个传统意义上的机器，而是集成电路工艺的固化物。
表1集成电路制造工艺所需要紧设备
1．材料制备设备:
材料生长设备
单晶炉
材料加工设备
研磨机、抛光机、切片机等
2．前工序设备:
光刻设备
光刻机、电子束曝光机
蚀刻设备：
刻蚀机
掺杂设备
离子注入机、扩散炉
薄膜生长设备
化学汽相淀积（CVD）设备、物理汽相淀积（PVD）设备磁控溅射台、电子束蒸发台、
其他
匀胶机、显影机、清洗机、快速热处理设备、气柜、气体质量流量计等。
3．后工序设备
划片机、键合机、塑封机、切筋打弯机、打标机、编带机、电镀设备、模具等。
4．净化设备
空气净化设备、超纯水设备、气体纯化设备、
5．试验检测设备
试验设备
气候环境试验设备、力学环境试验设备、可靠性试验设备等
检测设备
成品测试设备及部分在线检测设备等
数据来源：
CCID2003，02
表2世界要紧半导体企业12英寸厂工艺特点与工艺研发
企业名称
生产线性质
工艺特点
工艺研发
INTEL
CPU
0.13微米
70纳米—90纳米
TSMC
Foundry
0.13微米
90纳米
UMC
Foundry
0.13微米
65纳米
TI
DSP
0.13微米
90纳米
Motorola
Foundry
0.13微米
32纳米—90纳米
Infineon
DRAM
0.14微米
70纳米—90纳米
Samsung
DRAM
0.12微米
0.1微米
数据来源：
CCID2003，02
前道微细加工设备技术的不断进展已成为推动集成电路迅速进展的要紧因素之一。
前道微细加工设备的主体是光刻设备、蚀刻设备、掺杂设备等。
随着设备水平的不断提高,光机电的高度集成,半导体制造中的许多工艺技术差不多固化在设备之中,设备差不多代表了一种相对完整的解决方案。
这将成为半导体专用设备的潮流。
（二）世界半导体设备市场概况
2002年世界半导体设备市场需求为228亿美元,较2001年市场衰退了19%,这是由于受世界半导体市场复原缓慢,各大半导体芯片厂商的投资额相应减少,导致设备市场连续萎缩。
尽管2002年世界半导体市场止跌回暖，重新开始增长，但增长幅度较小。
2002年世界半导体市场规模达到1410亿美元，比2001年1388亿美元上升了1.6%，而亚洲地区是2002年整个半导体市场的增长的要紧缘故。
随着世界半导体市场的逐步复苏，估量2003年半导体设备市场将会突破性增长。
表31996－2002年世界半导体设备年销售情形:
单位：
亿美元
1996年
1997年
1998年
1999年
2000年
2001年
2002年
销售额
238
184
198.7
234.5
477
282
228
增长率
5.8%
－22.7
8.0%
18%
103%
－40.9%
－19％
数据来源：
CCID2003，02
图11996－2002年世界半导体设备年销售额曲线图单位：
亿美元
数据来源：
CCID2003，02
表42001－2002年世界半导体设备销售额单位：
亿美元
设备种类
2001年
2002年
增长率
晶圆处理设备
215
171
－20%
封装设备
21
17
－19%
测试设备
50
28
－44%
其它设备
10
12
20%
合计
282
228
－19%
数据来源：
CCID2003，02
2002年世界半导体市场的投资302亿美元，比2001年下降了22%，国际半导体大公司都下调了投资比例，英特尔、台积电、三星电子2002年投资金额最高的3家公司，其他芯片厂商的投资额都不高于10亿美元。
与此相应的是2002年要紧的半导体设备厂商的销售业绩也有所下降，2002年半导体设备市场的受技术工艺的驱动较强，以销售端技术应用的产品的设备供应商的市场份额提升。
表52001—2002年世界要紧半导体企业投资情形
2001年（亿$）
2002年（亿$）
增长率
英特尔
57
51
—10．5%
台积电
21
19.7
－6%
三星电子
18
19.7
1.7%
德州仪器、
11
8.05
－26.8%
飞利浦
13
9
－30.7
Hynix
7
8．8
25.7
NEC
9
8．6
－4.4
日立
12
8．4
－30%
东芝
11.8
8
－32
Sony
10
7．9
－21
数据来源：
CCID2003，02
2002年世界前十大半导设备及测试与测量设备供应商情形见下表。
表62002年世界前十大半导体设备供应商
排名
厂商名称
销售额〔百万美元〕
1
AppliedMaterials1
2157.0
2
TokyoElectron
1261.3
3
ASML
789.6
4
Nikon
789.0
5
DainipponScreenMfg
472.6
6
NovellusSystems
391.8
7
Canon
346.1
8
LamResearch
344.4
9
ASMInternational
227.3
10
VarianSemiconductorEquipmentAssoc.
161.9
资料来源：
REEDRESEARCHGROUP
表72002年世界前十大半导体测试与测量设备供应商
排名
厂商名称
销售额〔百万美元〕
1
KLA－Tencor
730.3
2
Advantest
312.3
3
Teradyne
279.0
4
AgilentTechnologies
230.3
5
Schlumberger
34.0
6
CredenceSystems
73.3
7
LTX
55.7
8
Tektronix
41.2
9
NationalInstruments
37.6
10
Veeconstruments
15.8
资料来源：
REEDRESEARCHGROUP
（三）中国半导体设备产业及市场环境
1、产业环境
近年来，在国家大力进展信息产业方针的引导下，北京、上海、天津、深圳等地引进了一批较为先进的IC生产线，中国微电子产业进入了蓬勃进展的新时期。
但随着世界集成电路的飞速进展,半导体工艺设备的快速更新及单晶硅的大直化进展拉大了中国专用设备和仪器与国际水平的差距,已制约了国内集成电路的进展，缺乏自主IC设备的支撑，单纯依靠引进生产线，中国IC产业只能是〝代代引进、代代落后〞，中国IC产业的进展永久受制于人，难以达到世界先进水平，因此对半导体工艺设备水平的提高与国产化的需求十分强烈。
从事半导体设备的研制投资大，技术难度也高，尽管中国对半导体设备研制专门重视，在〝六五〞、〝七五〞、〝八五〞、〝九五〞及"908"、"909"等重大工程项目上都重点安排了设备的专项攻关与科研试制任务，但因国力所限长期以来研发经费不足，如美国GCA公司在研制第一台分步式重复光刻机（DSW）时，投入研制费1亿美元，同样设备国内研制仅仅投入600万人民币，中国半导体设备全行业平均一年的开发费为1000～2000万元，20世纪90年代至今的技术履行费用加起来为2亿元左右。
由于中国半导体设备工艺技术水平落后，未形成一定的产业规模，生产成本高，从而导致国产设备缺乏市场竞争力。
目前中国半导体专用设备在技术水平、稳固性、可靠性、自动化程度方面与国际水平相比有10－15年的差距，导致了中国半导体设备市场由国产设备为主转变为进口成套设备占绝大部分市场份额的局面。
国产半导体设备只在中小型国有企业、地点IC厂家和生产数量较少的研究单位仍旧发挥着重要作用，半导体设备企业为了生存，采纳的方法是与其它的设备开发联系起来，不单做半导体设备，还做其它用途的设备。
中国半导体设备企业也存在着大进展的契机，这是由于IC工艺及其设备递进进展、多代共存，一个时期存在丰富的工艺层次。
在进行大规模生产前3～4年进行试生产，开始投入规模生产的最先进生产线仅占全部IC生产线的一小部分，大部分生产线的工艺水平那么低一至两代，而低好几代的工艺装备会在较长时刻内连续使用。
另外，集成电路设备已被列入科技部863打算进行重点进展。
中国集成电路设备将会有一个较大的突破和进展。
中国加入WTO，国际间的交流日益紧密，半导体设备方面的展览会、研讨会以及出国访问团将不断增多，在半导体设备差不多要进口的同时，借鉴学习国外的先进工艺水平，通过交流和抓住机遇来跟上国际的步伐。
为尽快改善中国集成电路生产线设备差不多依靠进口的局面,促进中国专用设备和仪器的进展，国家在政策和资金投入上采取了相应的举措,制定了相关的政策,大力支持扶植该产业的进展。
目前中国北京地区、上海地区、深圳地区正在规划集成电路的进展，各自都在筹建微电子研发基地，集成电路设备已被列入进展重点之一。
随着中国加入WTO，这些基地建设将完全是开放性的并按新体制和新机制运行。
近几年国家不断加大力度进展集成电路，投入了大量的人力与资金，对半导体设备也提出了前所未有的机遇和挑战。
中国半导体专用设备制造业起始于60年代，最多时曾达到100多个单位，〝九五〞期间较为萧条，近年来，随着中国集成电路产业的快速进展，半导体设备制造业又开始回升，目前涉足半导体设备研究和制造的单位复原到40多个，要紧的骨干单位有十几家。
其中大部分单位从事前工序设备的研制，而后工序设备、材料制备设备、净化设备、试
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