半導體制造材料是半導體制造過程中所需的材料,包含硅片、光刻膠、光掩膜、濺射靶材、CMP 材料、電子特氣、濕化學品、石英等細分子領域。半導體加工分為芯片設計、芯片制造和封裝測試三個環節,半導體芯片制造過程中,所有工藝均在硅片襯底上進行,具體工藝包括前期硅片準備、薄膜氧化/沉積、化學機械研磨、光刻、刻蝕或離子注入、去光刻膠等步驟,以上步驟組成一個循環。一般半導體制造需要經過十幾至幾十次循環才可全部加工完畢,進入下一輪的封裝測試環節。
硅片準備:半導體制造過程要求純度極高的單晶硅,一般硅片準備過程需要經過單晶生長、切片、平坦化及腐蝕等步驟后才可投入使用。此外,部分要求較高的硅片還需進行進一步表面處理,以滿足對應特殊性質集成電路的要求。硅片是這一流程中得到的材料,按尺寸可分為 6 英寸、8 英寸、12 英寸硅片等,將作為襯底應用于后續的每一步加工流程。
薄膜氧化/沉積:主要為熱氧化法、化學氣相沉積(CVD)和物理氣相沉積(PVD)工藝等。熱氧化法為通過氧氣對單晶硅表面進行氧化,可生成二氧化硅氧化膜。化學氣相沉積是將晶圓(基底)暴露在一種或多種不同的前驅物下,在基底表面發生化學反應產生欲沉積的薄膜。物理氣相沉積(PVD)分為熱蒸鍍、濺鍍、和脈沖激光沉積等。其中濺射也稱濺鍍,是一種物理氣相沉積技術,指固體靶”target”中的原子被高能量離子(通常來自等離子體)撞擊而離開固體進入氣體的物理過程。濺射靶材、電子特氣和濕化學品應用于此工藝。所用材料方面,沉積硅薄膜一般使用 SiH4,SiH2Cl2, SiHCl3, SiCl4,H2等氣體;沉積 SiO2薄膜一般使用 SiH4,SiH2Cl2, N2O,O2,CO2,Si(OC2H5)4 (TEOS)等氣體;沉積 Si3N4薄膜一般使用 SiH4,N2,NH3等氣體;沉積硼磷硅玻璃(PSG) 一般使用 SiH4,SiH2Cl2,PH3等氣體;CVD 法沉積鎢、鈦等金屬通常分別使用 WF6和 TiCl4等氣體;PVD 法沉積金屬層通常分別使用銅、鋁、鎢、鈷等濺射靶材。