半導(dǎo)體工藝發(fā)展歷程詳解

早期發(fā)展

半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展歷程幾乎與現(xiàn)代電子工業(yè)的發(fā)展歷程一致。早在20世紀(jì)40年代，貝爾實(shí)驗(yàn)室的研究人員發(fā)明了第一個(gè)點(diǎn)接觸式晶體二極管，標(biāo)志著半導(dǎo)體技術(shù)的誕生。

第三代半導(dǎo)體技術(shù)

近年來，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和計(jì)算機(jī)應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，半導(dǎo)體技術(shù)變得愈加重要。在半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展歷程中，第三代半導(dǎo)體技術(shù)的出現(xiàn)為半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展帶來了新的變革。國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)路線圖（ITRS）項(xiàng)目組在其15年半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展預(yù)測(cè)中提到，隨著技術(shù)和體系結(jié)構(gòu)推進(jìn)摩爾定律和生產(chǎn)力極限，半導(dǎo)體工藝的發(fā)展也面臨著新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。

主要半導(dǎo)體工藝技術(shù)

CMOS（互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體）

CMOS技術(shù)因其低功耗、高集成度和成本效益，成為當(dāng)前最廣泛使用的半導(dǎo)體工藝之一。它在數(shù)字電路中占據(jù)主導(dǎo)地位，特別是在微處理器、存儲(chǔ)器和其他邏輯器件中。

BiCMOS（雙極性互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體）

BiCMOS技術(shù)結(jié)合了雙極性晶體管和CMOS的優(yōu)點(diǎn)，提供了更高的速度和更好的模擬性能，適用于高性能混合信號(hào)和射頻應(yīng)用。

砷化鎵（GaAs）和磷化銦（InP）

砷化鎵和磷化銦等化合物半導(dǎo)體材料在高頻、高速和高功率應(yīng)用中表現(xiàn)出色，例如在無線通信和光電子器件中，它們的性能優(yōu)于傳統(tǒng)的硅基半導(dǎo)體。

新興半導(dǎo)體工藝

有機(jī)合成物半導(dǎo)體

有機(jī)化合物半導(dǎo)體通過控制分子結(jié)構(gòu)來調(diào)節(jié)導(dǎo)電性能，廣泛應(yīng)用于有機(jī)薄膜晶體管（OTFTs）、有機(jī)發(fā)光二極管（OLEDs）等新興領(lǐng)域。

非晶態(tài)半導(dǎo)體

非晶態(tài)半導(dǎo)體，又稱無定形半導(dǎo)體，具有良好的光吸收特性，主要應(yīng)用于太陽(yáng)能電池和液晶顯示屏中。

半導(dǎo)體工藝發(fā)展歷程的開端與早期探索

半導(dǎo)體工藝的發(fā)展歷程幾乎與現(xiàn)代電子工業(yè)的發(fā)展歷程一致。它的起源可以追溯到19世紀(jì)，當(dāng)時(shí)科學(xué)家們開始發(fā)現(xiàn)一些材料具有特殊的電學(xué)性質(zhì)。1833年，英國(guó)科學(xué)家法拉第最先發(fā)現(xiàn)硫化銀的電阻隨著溫度的變化情況不同于一般金屬，一般金屬電阻隨溫度升高而增加，但硫化銀材料的電阻是隨著溫度的上升而降低。1839年法國(guó)的貝克萊爾發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體和電解質(zhì)接觸形成的結(jié)，在光照下會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電壓，即光生伏特效應(yīng)。1873年，英國(guó)的史密斯發(fā)現(xiàn)硒晶體材料在光照下電導(dǎo)增加的光電導(dǎo)效應(yīng)，同年舒斯特又發(fā)現(xiàn)了銅與氧化銅的整流效應(yīng)。不過，直到20世紀(jì)30年代，當(dāng)材料的提純技術(shù)改進(jìn)以后，半導(dǎo)體的存在才真正被學(xué)術(shù)界認(rèn)可，并且“半導(dǎo)體”這個(gè)名詞大概到1911年才被考尼白格和維斯首次使用，而總結(jié)出半導(dǎo)體的這四個(gè)特性一直到1947年12月才由貝爾實(shí)驗(yàn)室完成 。

1947年是半導(dǎo)體發(fā)展史上的一個(gè)關(guān)鍵年份，貝爾實(shí)驗(yàn)室的研究人員發(fā)明了第一個(gè)點(diǎn)接觸式晶體二極管，這一發(fā)明標(biāo)志著半導(dǎo)體技術(shù)的正式誕生。隨后，1958年美國(guó)通用電氣(GE)公司研發(fā)出世界上第一個(gè)工業(yè)用普通晶閘管，這一成果標(biāo)志著電力電子技術(shù)的誕生，從此功率半導(dǎo)體器件的研制及應(yīng)用得到了飛速發(fā)展 。

在半導(dǎo)體材料方面，第一代半導(dǎo)體材料以鍺和硅為主。元素半導(dǎo)體是指單一元素構(gòu)成的半導(dǎo)體，其中對(duì)硅、硒的研究比較早，目前只有硅、鍺性能好，運(yùn)用比較廣，硒在電子照明和光電領(lǐng)域中應(yīng)用。從20世紀(jì)50年代開始，硅逐漸成為半導(dǎo)體制造的主要材料，這得益于硅在地球上的儲(chǔ)量豐富以及其物理化學(xué)性質(zhì)適合大規(guī)模集成電路制造等因素 。

半導(dǎo)體工藝發(fā)展歷程中的成長(zhǎng)與技術(shù)演進(jìn)

20世紀(jì)60年代是半導(dǎo)體工藝發(fā)展的重要階段。1962年，世界上第一臺(tái)半導(dǎo)體激光器被發(fā)明，這一發(fā)明極大地推動(dòng)了其他科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，并且半導(dǎo)體激光器自身也在隨后的歲月里發(fā)生了巨大的變化。在這一時(shí)期，半導(dǎo)體制造商重點(diǎn)在工藝技術(shù)的改進(jìn)，致力于提高集成電路性能，例如通過改進(jìn)光刻技術(shù)、摻雜工藝等手段來縮小晶體管尺寸、提高電路集成度等。小規(guī)模集成電路也在這一時(shí)期投產(chǎn)，并且隨著工藝技術(shù)的發(fā)展，集成電路的集成度不斷提高。同時(shí)，多種半導(dǎo)體工藝技術(shù)開始發(fā)展，如CMOS、BiCMOS等工藝逐漸興起，為不同的應(yīng)用場(chǎng)景提供了更多的選擇 。

20世紀(jì)70年代，半導(dǎo)體工藝發(fā)展進(jìn)入新的競(jìng)爭(zhēng)階段。1971年，全球第一個(gè)單芯片微處理器問世，這一成果打開了機(jī)器設(shè)備像個(gè)人電腦一樣可嵌入智能的未來之路。微處理器的發(fā)明對(duì)芯片的集成產(chǎn)生了需求，超大規(guī)模集成電路隨即興起。這一時(shí)期不同國(guó)家和地區(qū)的企業(yè)在半導(dǎo)體領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，例如日本也加入了這場(chǎng)半導(dǎo)體制造的競(jìng)賽之中，這種競(jìng)爭(zhēng)刺激了半導(dǎo)體制造技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展 。

到了20世紀(jì)80年代，日本半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展尤其是在動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器方向的技術(shù)令美國(guó)制造商感到恐懼。美國(guó)成立SEMATECH開發(fā)制造設(shè)備規(guī)范和變革全行業(yè)的政策，并強(qiáng)調(diào)制造效率，將自動(dòng)化引入制程之中。這一時(shí)期半導(dǎo)體工藝技術(shù)在自動(dòng)化方面取得了進(jìn)展，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量 。

20世紀(jì)90年代，芯片制造進(jìn)入批量生產(chǎn)階段。到了90年代末期，芯片特征尺寸達(dá)到0.18μm，開創(chuàng)亞微米級(jí)甚大規(guī)模集成電路時(shí)代。在這一時(shí)期，半導(dǎo)體工藝技術(shù)在不斷提高集成度的同時(shí)，也朝著提高生產(chǎn)效率、降低成本等方向發(fā)展，以滿足日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求 。

半導(dǎo)體工藝發(fā)展歷程中的現(xiàn)代發(fā)展與技術(shù)突破

進(jìn)入21世紀(jì)后，半導(dǎo)體工藝發(fā)展繼續(xù)快速推進(jìn)。隨著技術(shù)和體系結(jié)構(gòu)推進(jìn)摩爾定律和生產(chǎn)力極限，半導(dǎo)體工藝的發(fā)展呈現(xiàn)出更多新的特點(diǎn)。光刻技術(shù)不斷取得突破，從傳統(tǒng)的光刻技術(shù)逐漸發(fā)展到極紫外(EUV)光刻技術(shù)等先進(jìn)光刻技術(shù)，使得芯片的特征尺寸不斷縮小。如今，光刻特征尺寸已經(jīng)由微米級(jí)進(jìn)入到納米級(jí)，當(dāng)今世界先進(jìn)的工藝已經(jīng)達(dá)到了2nm。同時(shí)，三維集成電路技術(shù)開始興起，通過在垂直方向堆疊多個(gè)芯片，實(shí)現(xiàn)更高密度的集成，與傳統(tǒng)的二維集成電路相比，三維集成電路具有更高的集成度、更小的體積和更低的功耗，信號(hào)傳輸速度也得到了顯著提升 。

在半導(dǎo)體材料方面，第二代半導(dǎo)體材料以砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)等化合物為代表，第三代半導(dǎo)體材料以氮化鎵(GaN)、碳化硅(SiC)、硒化鋅(ZnSe)等寬帶半導(dǎo)體原料為主開始得到廣泛的研究和應(yīng)用。這些化合物半導(dǎo)體材料在高功率、高頻、高速度等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在信息通信、光電應(yīng)用以及新能源汽車等產(chǎn)業(yè)中有著不可替代的地位。例如，氮化鎵功率半導(dǎo)體技術(shù)在電源管理、射頻通信等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，可以實(shí)現(xiàn)更高的效率和更小的尺寸等優(yōu)勢(shì) 。

此外，柔性電子制造技術(shù)也在不斷發(fā)展。這是一種在柔性基材上制造電子元器件和電路的技術(shù)，它利用特殊的材料和工藝，在柔性基材上實(shí)現(xiàn)電子元器件的集成和電路的構(gòu)建。與傳統(tǒng)的剛性電子技術(shù)相比，柔性電子制造技術(shù)具有更高的靈活性和可彎曲性，能夠適應(yīng)各種復(fù)雜形狀的表面，同時(shí)重量更輕、厚度更薄，具有更好的便攜性和可穿戴性，在可穿戴設(shè)備、智能家居、醫(yī)療器械、汽車電子、航空航天等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景 。

芯片封裝清洗介紹

·         合明科技研發(fā)的水基清洗劑配合合適的清洗工藝能為芯片封裝前提供潔凈的界面條件。

·         水基清洗的工藝和設(shè)備配置選擇對(duì)清洗精密器件尤其重要，一旦選定，就會(huì)作為一個(gè)長(zhǎng)期的使用和運(yùn)行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。

·         污染物有多種，可歸納為離子型和非離子型兩大類。離子型污染物接觸到環(huán)境中的濕氣，通電后發(fā)生電化學(xué)遷移，形成樹枝狀結(jié)構(gòu)體，造成低電阻通路，破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層，在PCB板表層下生長(zhǎng)枝晶。除了離子型和非離子型污染物，還有粒狀污染物，例如焊料球、焊料槽內(nèi)的浮點(diǎn)、灰塵、塵埃等，這些污染物會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)質(zhì)量降低、焊接時(shí)焊點(diǎn)拉尖、產(chǎn)生氣孔、短路等等多種不良現(xiàn)象。

·         這么多污染物，到底哪些才是最備受關(guān)注的呢？助焊劑或錫膏普遍應(yīng)用于回流焊和波峰焊工藝中，它們主要由溶劑、潤(rùn)濕劑、樹脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分，焊后必然存在熱改性生成物，這些物質(zhì)在所有污染物中的占據(jù)主導(dǎo)，從產(chǎn)品失效情況來而言，焊后殘余物是影響產(chǎn)品質(zhì)量最主要的影響因素，離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降，松香樹脂殘留物易吸附灰塵或雜質(zhì)引發(fā)接觸電阻增大，嚴(yán)重者導(dǎo)致開路失效，因此焊后必須進(jìn)行嚴(yán)格的清洗，才能保障電路板的質(zhì)量。

·         合明科技運(yùn)用自身原創(chuàng)的產(chǎn)品技術(shù)，滿足芯片封裝工藝制程清洗的高難度技術(shù)要求，打破國(guó)外廠商在行業(yè)中的壟斷地位，為芯片封裝材料全面國(guó)產(chǎn)自主提供強(qiáng)有力的支持。