半导体制备技术范文

摘要：文章阐述了一些制备ZnO纳米半导体材料的常用技术，如模板制备法、物理气相沉积、脉冲激光沉积、分子束外延、金属有机化合物气相沉积，并分析了各种方法的优缺点。关键词：ZnO；模板制备法;PVD;PLD;金属有机化合物气相沉积随着科学和商业的飞速发展，人们对纳米半导体材料有了更加深入的认识，对其在光学器件和电学器件方面的应用产生了浓厚的兴趣。最初人们在研究ZnSe和GaN等短波长纳米半导体材料方面取得了一定的进展，GaN制备蓝绿光LED的技术已经相当成熟。但是，由于ZnSe稳定性较差，一直使之无法商品化生产。在长期的对宽带半导体材料的科学研究中，人们发现ZnO半导体纳米材料具有更多的优点。ZnO是一种新型的宽禁带半导体氧化物材料，室温下能带宽度为3.37eV，略低于GaN的3.39eV，其激子束缚能（60meV）远大于GaN（25meV）的激子束缚能。由于纳米ZnO在紫外波段有较强的激子跃迁发光特性，所以在短波长光子学器件领域有较广的应用前景。此外，ZnO纳米半导体材料还可沉积在除Si以外的多种衬底上，如玻璃、Al2O3、GaAs等，并在0.4-2μm的波长范围内透明，对器件相关电路的单片集成有很大帮助，在光电集成器件中具有很大的潜力。本文阐述了近年来ZnO纳米半导体材料的制备技术，并对这些技术的优缺点进行了分析。ZnO是一种应用较广的半导体材料，在很多光学器件和电学器件中有很广泛的应用，由此也产生了多种纳米半导体器件的制备方法，主要有以下几种：1模板制备法模板制备法是一种用化学方法进行纳米材料制备的方法，被广泛地用来合成各种各样的纳米棒、纳米线、纳米管等。此种方法使分散的纳米粒子在已做好的纳米模板中成核和生长，因此，纳米模板的尺寸和形状决定了纳米产物的外部特征。科学家们已经利用孔径为40nm和20nm左右的多孔氧化铝模板得到了高度有序的ZnO纳米线。郑华均等人用电化学阳极氧化-化学溶蚀技术制备出了一种新型铝基纳米点阵模板，此模板由无数纳米凹点和凸点构成，并在此模板上沉积出ZnO纳米薄膜。此外，李长全、傅敏恭等人以十二烷基硫酸钠为模板制备出ZnO纳米管。该方法优点：较容易控制纳米产物的尺寸、形状。缺点：需要模板有较高的质量。2物理气相沉积（PVD）

物理气相沉积可以用来制备一维ZnO纳米线和二维ZnO纳米薄膜，原理是通过对含Zn材料进行溅射、蒸发或电离等过程，产生Zn粒子并与反应气体中的O反应，生成ZnO化合物，在衬底表面沉积。物理气象沉积技术已经演化出三种不同的方法，它们是真空蒸发法，真空溅射法和离子镀，离子镀是目前应用较广的。离子镀是人们在实践中获得的一种新技术，将真空蒸发法和溅射法结合起来，在高真空环境中加热材料使之汽化后通入氢气，在基体相对于材料间加负高压，产生辉光放电，通过电场作用使大量被电离的材料的正离子射向负高压的衬底，进行沉积。张琦锋、孙晖等人用气相沉积方法已经制备出了一维ZnO纳米半导体材料。优点：所得到的纳米产物纯度高，污染小；薄膜厚度易于控制；材料不受限制。但是这种方法对真空度要求较高。3脉冲激光沉积(PulsedLaserDeposition)脉冲激光沉积也称PLD，常用于纳米薄膜的制备。其工作原理就是用特定波长和功率的激光脉冲聚焦光束，溅射真空状态下特定气压中的加热靶材，激光束与靶材相互作用而产生的粒子团喷射到衬底表面，通过控制气流速度控制材料在衬底表面的沉积速度。牛海军等人用一种新颖的垂直靶向脉冲激光沉积(VTPLD)方法,在常温常压空气环境下,在玻璃基底上得到ZnO纳米薄膜。该方法优点：制备的薄膜物质比例与靶材相同；实验控制条件较少，易于控制；衬底温度要求较低。缺点：薄膜杂志较多；单纯溅射产生的粒子团密度不易控制，因此无法大面积生长均匀的薄膜。4分子束外延(MolecularBeamEpitaxy)分子束外延(MBE)技术可以制备高质量薄膜。MBE技术可以在特定超高真空条件下较为精确的控制分子束强度，把分子束入射到被加热的基片上，可使分子或原子按晶体排列一层层地“长”在基片上形成薄膜。分子束外延设备主要包括超高真空系统、分子束源、样品架、四极质谱计QMS和反射式高能电子衍射装置RHEED。周映雪等人利用分子束外延(MBE)和氧等离子体源辅助MBE方法分别在三种不同衬底硅(100)、砷化镓(100)和蓝宝石(0001)上先制备合适的缓冲层，然后在缓冲层上得到外延生长的ZnO薄膜。该方法优点：生长速度极慢，每秒1～10；薄膜可控性较强；外延生长所需温度较低。缺点：真空环境要求较高；无法大量生产。目前常用于生长高质量的ZnO薄膜分子束外延有两种：一种是等离子增强，另一种是激光，两种方法均已生长出高质量的ZnO薄膜。5金属有机化合物气相沉积(MetalOrganicChemicalVaporDeposition):金属有机化合物气相沉积(MOCVD)是一种利用有机金属在加热衬底上的热分解反应进行气相外延生长薄膜的方法。反应室是MOCVD的核心部分，它对外延层厚度、组分均匀性、异质结界面梯度、本底杂质浓度以及产量有极大的影响。按反应室形状的不同，可分为水平式反应室和立式反应室，同时根据反应室的压力又可分为常压MOCVD和低压MOCVD。刘成有利用MOCVD方法制备出高质量的ZnO薄膜。在一定衬底温度及压强下,制备出ZnO纳米管。该方法优点是：薄膜可控性较强；适合大批量生产。其缺点有：需精确控制；传输气体有毒性。但目前不仅利用MOCVD法已生长出较高质量的ZnO薄膜，而且还获得了MgZnO三元系薄膜。除上述纳米材料的常用制备技术，还有很多其他方法。随着科技的发展和高质量纳米产品的需求，人们对纳米半导体材料的研究会更加深入，对其生长机理理解的更为透彻，随之纳米半导体材料制备技术将不断地发展和完善。高质量纳米半导体产品会不断出现，并被广泛的应用于人们的生活中。参考文献：[1]谢自力,张荣,修向前,等.GaN纳米线材料的特性和制备技术[J].纳米技术与精密工程,2004,2(3):187-192.[2]张利宁,李清山,潘志峰.模板合成法制备ZnO纳米线的研究[J].量子电子学报,2006,(4).[3]李长全,傅敏恭.十二烷基硫酸钠为模板制备ZnO纳米管新方法的研究[J].无机化学学报,2006,(9).[4]张琦锋,孙晖,潘光虎,等.维纳米结构氧化锌材料的气相沉积制备及生长特性研究[J].真空科学与技术学报,2006,26(1).[5]牛海军,樊丽权,李晨明,等.垂直靶向脉冲激光沉积制备ZnO纳米薄膜[J].光电子•激光2007,18(3).[6]周映雪,俞根才,吴志浩,等.ZnO薄膜的分子束外延生长及性能[J].发光学报,2004,(3).[7]刘成有.MOCVD法生长ZnO纳米管及光学性能评价[J].通化师范学院学报,2007,28(4).[8]鞠振刚,张吉英,蒋大勇.MOCVD生长MgZnO薄膜及太阳盲紫外光电探测器[J].发光学报,2008,(5):865-868.

半导体制备技术范文

1产品简介

全自动装片机（DieBonder）是集成电路（IC）、功率IC、晶体管等产品的后道封装设备，用于将芯片从晶圆蓝膜上取出连接到框架（LEADFRAM）或基板上。

HS-DC01用于IC的封装，适用于QFN、LQFP、DIP、SOP、SOT、PLCC、TSOP、QFP、标准的BGA等的封装形式；SS-DT01适用于功率IC、晶体管T0-92、TO-126、TO-220、TO-3P、TO-251/252等的封装形式。本设备填补国内空白，替代进口设备，技术水平与国际先进水平同步，已获得发明专利四项，实用新型专利六项，软件著作权三项，待申请的专利多项。

2创新性和先进性

全自动装片机的研发技术和产品中采用的创新性技术属于集成创新，具体体现在：

1）技术创新

（1）为保证粘片精度，采用了四个摄像头定位技术和IC拾取部位轻量化技术。四个摄像头定位位置是：粘片前在线检测（摄像头1）、料盒芯片定位（摄像头2）、芯片下识别（摄像头3）、粘片定位（摄像头4）。

（2）采用计算机数字化控制气压调整拾取头技术。国外传统的粘片机吸取头采用吸取头上套弹簧来控制下压的压力，通过位移来计量负载，难以形成数字化控制。本项目电机台在与取头杆同轴的位置还设有汽缸及配套的活塞，活塞与取头杆连接，汽缸的压缩空气腔通过管路与计算机控制的电-气比例阀连通，气压调整粘片机拾取头压力实现了计算机数字化实时控制，使芯片与框架或基板有更好的黏结，保证了设备的精度，此项技术我公司申请了发明专利和实用新型专利。

2）结构创新

传统的XY平台是底层电机驱动系统直接带动上层交叉摆放的电机驱动系统，形成XY平台的上层电机驱动系统较重。本项目采取的方案是：XY电机保持在固定位置，在上层电机（X向）驱动系统的滑块上加一个Y向线性导轨，在下层电机（Y向）驱动系统滑块上装一对X向线性导轨，在导轨的滑块上加一块滑板，这个滑板与上层Y向、平台结构实现了轻型化，大大提高了运行速度，保证了设备的高速，此项技术我公司申请了发明专利和实用新型专利。

3）工艺创新

本项目技术核心工艺是晶元的拾取和放置工艺，在该工艺过程中我们采取国际先进的机器视觉定位技术和视觉图象识别技术，保证了晶圆的非接触测量、零缺陷拾取、高速度、高精度、高稳定性，实现了晶圆的自动对中。

在控制工艺和在伺服控制系统的驱动上使用PLC系统控制代替传统的单片机控制，提高了控制系统的稳定性和可靠性。所用横河电机FA-M3的PLC控制系统在中国是首次使用。

项目产品填补了国内空白，与国际先进水平同步，性能（速度、精度等）与国外同行业新出产的设备性能相媲美。

以下是和国际顶尖厂商ESEC的性能对比：

本项目于2006年通过大连市科技局组织的成果鉴定，鉴定意见为：该设备技术水平国内领先并达到了国际先进水平。

2008年10月本项目通过了科技部科技型中小企业创新基金管理中心的项目验收。验收意见为：项目在国内居领先水平，并达到国际先进水平。

3应用和市场

应用范围：本产品适用于集成电路（IC）、功率IC、晶体管的封装厂家。

用户情况：目前，我们的典型客户有江苏长电、南通富士通、南通华达微电子、佛山蓝箭、汕尾德昌（香港）等100多家大、中、小型封装测试企业。

市场前景：就今后5年的中长期发展趋势看,国内集成电路和分立器件市场将会继续保持稳定的增长态势。

2007年我国IC的封装企业已近300家，并且仍在以每年19%的增长速度在增加。在未来5～10年内，国外IC生产企业还会转移一批生产线到中国，而这些企业可以分为四大类。第一类是国际制造商；第二类是国际和本土合资的制造商；第三类是台资制造商；第四类是我国本土制造商。我国本土企业多达100多家。综合考虑国内IC封测厂家、功率IC和晶体管等封装厂家的市场规模和发展状况，封装设备的市场年需求量预计可达600台左右；对于全自动装片机的市场需求在近三年的增长率在20%到25%，市场空间在15亿元～20亿元。

本项目设备产品的经济寿命期应该在10～20年，如果本项目设备产品不断生产又不断采用以后新出现的新技术，经济寿命期应该至少在15年～20年之间。

由于国外此类产品生产也是新的产业，国内生产此类设备的厂家很少。我们的技术已经比较成熟，在技术和成本上都具有显著的优势。我们早在成立之初就建立了公司网站，通过谷歌（Google）和百度对产品进行推广；我们是中国半导体行业协会的理事单位，并且加入了中国国际招标网，目前已经在国内半导体封装测试厂家建立了较为牢固的客户基础，佳峰品牌（JAF）在业内具备了一定的知名度。如果我公司的设备市场占有率达10%的话，每年有1亿元的市场。

4公司简介

1）公司所在行业

大连佳峰电子公司从事的半导体行业专用设备，是国家“十一五”提出的装备制造业16个重大攻关项目之一，是国家科技部02专项中（极大规模集成电路制造装备及成套工艺）重点支持的项目之一，属于高科技的新型的装备制造业（区别于传统制造业）。我公司在2008年按新标准第一批被评为大连市高新技术企业，我公司的产品被国家科技部评为2008～2009年国家重点新产品，被中国半导体行业协会评为2008年度中国半导体创新产品和技术。

我国目前在半导体装备制造方面水平很低，几乎99%以上的装备设备依赖进口，我国现在正在下大力气发展半导体行业的装备制造业，从02专项中就可看出。我公司经过这几年的潜心研发，市场销售和客户认可度很好，在半导体后道封装设备方面我公司可以和国际上的大公司如瑞士的ESEC公司和新加坡的ASM公司相竞争，我公司设备的推出使得国外设备的售价下降了近1/3，在这个行业中我公司已经有一定的基础和知名度。

2）发展国产半导体设备的必要性

（1）电子专用设备的发展直接关系到集成电路制造业自身的技术进步、自主发展和国家安全，反映了一个国家的综合国力和竞争能力，没有自己的电子专用设备就不能形成完整的产业链，也就不可能建立自主发展的电子信息产业体系。

（2）半导体设备行业技术水平高，可以带动很多相关的高技术产业的发展。

（3）我国正在由“中国制造”向“中国创造”发展，我们不能老是只挣血汗钱。

3）我公司研发的项目

（1）软焊料系列装片机（DieBonder，型号：SS-DT01/02/03）：是封装晶体管系列的装片机，是已研发成功的产品，市场销量最大，在装片机设备方面国内只有我公司一家能与进口设备相竞争，我们的设备可直接替代进口设备，价格只是进口设备的1/3～1/2之间。

（2）点胶系列的装片机（DieBonder，型号：HS-DC01/02）：是封装高端IC系列的装片机，此系列的设备市场容量比软焊料系列的更大些，主要封装各种型号的IC。国内只有我公司一家能生产。

（3）全自动打线机（WireBonder）：是装片机的下一道工序所用设备，正在研发中。

（4）芯片分选机（DieSorter）：该设备应用于晶圆级封装（WLP）、印制电路板基芯片（COB）、印制电路板基倒装芯片（FCOB）。由于未来越来越多的WLP、FCOB封装的需求，芯片分拣机的市场会很大。该设备为全自动光机电一体化设备，用于在晶圆划片后，挑选合适的芯片（晶粒）倒装或正装到载带或其他形式的封装载体中。我公司正在开发这种设备，国内尚无一家能生产。

（5）RFID芯片倒装机：是做IC卡的专用设备，此设备国内生产厂家很少。

半导体制备技术范文篇3

关键词：日本九州；产业集群；九州半导体产业结构；硅片制造技术

中图分类号：F062文献标识码：A文章编号：1009-2374（2011）31-0012-02

一、现状分析

在日本九州，生产半导体的企业在1990年是200个，2000年达到400个，2005年企业数激增至650个。其中70%是中小企业。

九州的半导体工厂建设最初是在1967年，是自IC发明九年之后的事情。当时著名的三菱电机在九州的熊本县开始组建半导体的生产体系。那时的工厂只有43名员工。伴随着著名的九州硅谷的诞生及IC生产的开始，东芝、九州日本电气（NEC）等相继在九州开设半导体工厂。为什么在九州开设那么多半导体工厂，有如下几个原因：

1．在当时的半导体制造中即硅片等的洗净工程上及其他需要大量超纯水作为原水。而九州阿苏外轮山周边有丰富的泉水，最适合于半导体制造。

2．IC的生产需要大量的电力，而九州的电力供给完全可以满足IC的生产。

3．半导体工厂作业需要较多的女性劳动力在九州亦有所保证。

4．航空运输方便。IC一般不使用铁路和船运输，只使用飞机。当时的九州有五个飞机场，运输极为便利。

5．九州地方政府出台了许多有利于企业发展的诸如税收等优惠政策。

6．在日本中部及其他地方生产半导体产品的成本较九州高许多。

这样就吸引了大批企业进入九州生产IC。如

图1所示。

资料来源：财团法人九州经济调查协会编：《九州产业读本》，西日本新闻社出版，2007年3月22日第一版，第86页。

图1九州半导体产业结构

1980年代初，全日本几乎40%的IC是在九州生产的。半导体产业领域非常宽广，各领域的企业关联度很大。这是由半导体的制造程序决定的。下图是半导体的制造程序。

图2半导体主要制造程序图

资料来源：财团法人九州经济调查协会编：《九州产业读本》，西日本新闻社出版，2007年3月22日第一版，第83页。

再稍微细分一些，半导体制造主要有五个程序或工程阶段：（1）设计；（2）前工程；（3）后工程；（4）设备制造；（5）原材料。

1．设计。IC的设计是由大型电机制造系列企业或独立的设计公司来完成的。在九州最大的设计制造商是熊本的NEC微型系统，约有500名设计师。其他的设计制造商在福冈市、北九州市或分布在其周边。作为大型IDM系列设计企业还有，索尼LSI（微型）设计公司（福冈市），日立超LSI（微型）系统九州开发中心（福冈市），富士通网络技术公司（福冈市），东芝微型电子工程公司（北九州市）等。作为独立体系的投资设计公司较大规模的在福冈市有2个，在北九州市有3个。

最近，在福冈市和北九州市，建立了许多新的设计公司。这是因为这些优秀的工程设计比日本其他地方容易被采用。这些设计，不仅包括IC，而且还包括基板的设计、工具的设计等。在九州同设计有较强关系的企业达120个之多。

2．前工程。被称为前工程的薄片（硅片）设计工厂在九州有17个。仅索尼半导体九州公司就有3个工厂。他们使用最新的设备制造CMOS传感器等。还有九州日本电气、三菱电机、东芝半导体大分工厂等均使用国际较为尖端的技术进行生产制造。

3．后工程。后工程主要是进行IC的安装和检测。这项工作主要由大型IDM系列企业及其协作企业来完成。后工程在NEC集群中约占全体的80%，在尖端技术中约占全体的30%。这项工程主要在九州和离九州很近的山口县进行。除此以外，索尼集团在九州的大分县拥有日本国内唯一的后工程基地。而且在当地培育了许多协作企业。以原来的公司精机产业为首，包括协作企业，共有84个企业进行IC的安装测试。

4．设备制造。半导体设备制造的牵头企业是东京电子分公司东京电子九州（佐贺县乌栖市）。主要是制造感光剂涂布设备和曝光后的显象设备。真空设备大户的电子东京都在九州、在鹿儿岛和熊本拥有主要的工厂。拥有世界上最先进仪器设备的索尼（佐贺县乌栖市）也把总部设在了九州，从研究开发、制造，到销售贩卖实行一条龙全方位发展战略。另外，万能表大型制造商的东京都电子和东京都电气也分别在北九州市和熊本县大津街建立了开发制造基地，从而也培育了地方企业较强的设备制造能力。这样的企业以樱井精技公司为首，还有上野精机公司（福冈县水卷街）林公司（福冈市）、半导体福冈――（福冈市）、石井工作研究所等。而且，象安川电机（北九州市）和日本富安电气（福冈县宫若市）、第一施工业（福冈县古贺市）等那样，应用半导体制造技术，向着电子控制设备制造方向发展的企业也很多。半导体设备制造及设备零部件制造的企业在九州共有221个公司。

5．原材料。硅片制造商SUMCOL东京都在佐贺县伊万里市拥有最新式的工厂，从事30万分之一毫米薄片的制造。全世界15%以上的硅片是九州生产制造的。不仅日本国内，海外也从福冈机场运送这种产品。而且还有在半导体组装设备上能够制造不可或缺的尖端框架的世界级企业三井物产（北九州市）和精密镀金的住友（福冈县直云市），绪方工业（熊本县），熊本防金青工业（熊本市）等。

同IC类似的设计上，液晶显示LCD被制造出来。可是在LCD制造工程上使用的液晶和彩色滤光片九州也盛产。除了生产液晶原材料的氢水俣制造所（熊本县水俣市）是世界主要的生产基地以外，在彩色滤波器的生产上还有九州电气（北九州市）和DNP电子（北九州市）等。供给各种原料的企业在九州共有322个。

二、特点

1．企业众多，中小企业占绝大多数。在九州从事半导体生产制造的企业众多，达650个之多。其中70%是中小企业。

2．知名大企业牵头，拥有世界级尖端技术。索尼、东芝、日立、三菱、富士通、尼桑等世界知名大企业均在九州设有半导体生产基地。其曝光、传感器、彩色滤波器等均是世界尖端技术。

3．企业间基于精细分工与专业化基础之上的产业链的关联与集聚。半导体制造主要有五个产业链或五个程序：设计、前工程、后工程、设备制造、原材料。九州的半导体制造企业都分布在这五个产业链上。且每个产业链或程序上的企业亦均有较精细的分工。

4．地域相对集中。九州半导体制造企业大部分集中在福冈市、北九州市和熊本县。

5．其他。政策优惠、航空运输方便，电力充裕，所需女性劳动力充分廉价，九州拥有半导制造中所需要的丰富的泉水等。

三、几点启示

归纳日本九州产业集群的特点如下：

1．地理位置相对集中，企业众多，均在几十乃至上百。

2．存在核心企业高端技术，且均属世界一流。

3．基于产业链的专业化分工较为严密。

参考文献