半导体设备和材料处于产业链的上游，是推动技术进步的关键环节。半导体设备和材料应用于集成电路、LED等多个领域，其中以集成电路的占比和技术难度最高。
IC制造工艺流程及其所需设备和材料
半导体产品的加工过程主要包括晶圆制造（前道，Front-End）和封装（后道，Back-End）测试，随着先进封装技术的渗透，出现介于晶圆制造和封装之间的加工环节，称为中道（Middle-End）。
由于半导体产品的加工工序多，所以在制造过程中需要大量的半导体设备和材料。在这里，我们以最为复杂的晶圆制造（前道）和传统封装（后道）工艺为例，说明制造过程所需要的设备和材料。
▲集成电路产业链
IC晶圆生产线的主要生产区域及所需设备和材料
晶圆生产线可以分成7个独立的生产区域：扩散（Thermal Process）、光刻（Photo- lithography）、刻蚀（Etch）、离子注入（Ion Implant）、薄膜生长（Dielectric Deposition）、抛光（CMP）、金属化（Metalization）。
这7个主要的生产区域和相关步骤以及测量等都是在晶圆洁净厂房进行的。在这几个生产区都放置有若干种半导体设备，满足不同的需要。例如在光刻区，除了光刻机之外，还会有配套的涂胶/显影和测量设备。
▲先进封装技术及中道（Middle-End）技术
▲IC晶圆制造流程图
▲IC晶圆生产线的主要生产区域及所需设备和材料
传统封装工艺流程
传统封装（后道）测试工艺可以大致分为背面减薄、晶圆切割、贴片、引线键合、模塑、电镀、切筋/成型和终测等8个主要步骤。与IC晶圆制造（前道）相比，后道封装相对简单，技术难度较低，对工艺环境、设备和材料的要求也低于晶圆制造。
▲传统封装的主要步骤及所需设备和材料
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主要半导体设备及所用材料
1) 氧化炉
设备功能：为半导体材料进行氧化处理，提供要求的氧化氛围，实现半导体预期设计的氧化处理过程，是半导体加工过程的不可缺少的一个环节。
所用材料：硅片、氧气、惰性气体等。
2) PVD（物理气相沉积）
设备功能：通过二极溅射中一个平行于靶表面的封闭磁场，和靶表面上形成的正交电磁场，把二次电子束缚在靶表面特定区域，实现高离子密度和高能量的电离，把靶原子或分子高速率溅射沉积在基片上形成薄膜。
所用材料：靶材、惰性气体等。
3) PECVD
设备功能：在沉积室利用辉光放电，使反应气体电离后在衬底上进行化学反应，沉积半导体薄膜材料。
所用材料：特种气体（前驱物、惰性气体等）。
4) MOCVD
设备功能：以热分解反应方式在衬底上进行气相外延，生长各种Ⅲ-V族、Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料。
所用材料：特种气体（MO源、惰性气体等）。
5) 光刻机
设备功能：将掩膜版上的图形转移到涂有光刻胶的衬底（硅片）上，致使光刻发生反应，为下一步加工（刻蚀或离子注入）做准备。
所需材料：光刻胶等
6) 涂胶显影机
设备功能：与光刻机联合作业，首先将光刻胶均匀地涂到晶圆上，满足光刻机的工作要求；然后，处理光刻机曝光后的晶圆，将曝光后的光刻胶中与紫外光发生化学反应的部分除去或保留下来。
所用材料：光刻胶、显影液等。
7) 检测设备（CDSEM、OVL、AOI、膜厚等）
设备功能：通过表征半导体加工中的形貌与结构、检测缺陷，以达到监控半导体加工过程，提高生产良率的目的。
所用材料：特种气体等。
8) 干法刻蚀机
设备功能：平板电极间施加高频电压，产生数百微米厚的离子层，放入式样，离子高速撞击式样，实现化学反应刻蚀和物理撞击，实现半导体的加工成型。
所用材料：特种气体等。
9) CMP（化学机械研磨）
设备功能：通过机械研磨和化学液体溶解“腐蚀”的综合作用，对被研磨体（半导体）进行研磨抛光。
所用材料：抛光液、抛光垫等。
10) 晶圆键合机
设备功能：将两片晶圆互相结合，并使表面原子互相反应，产生共价键合，合二为一，是实现3D晶圆堆叠的重要设备。
所用材料：键合胶等。
11) 湿制程设备（电镀、清洗、湿法刻蚀等）
设备功能：1）电镀设备：将电镀液中的金属离子电镀到晶圆表面，以形成金属互连；2）清洗设备：去除晶圆表面的残余物、污染物等；3）湿法刻蚀设备：通过化学刻蚀液和被刻蚀物质之间的化学反应将被刻蚀物质剥离下来。
所用材料：电镀液、清洗液、刻蚀液等。
12) 离子注入
设备功能：对半导体材料表面附近区域进行掺杂。
所用材料：特种气体等。
13) 晶圆测试（CP）系统
设备功能：通过探针与半导体器件的pad接触，进行电学测试，检测半导体的性能指标是否符合设计性能要求。
所用材料：NA。
14) 晶圆减薄机
设备功能：通过抛磨，把晶圆厚度减薄。
所用材料：研磨液等。
15) 晶圆划片机
设备功能：把晶圆切割成小片的Die。
所用材料：划片刀、划片液等。
16) 引线键合机
设备功能：把半导体芯片上的Pad与管脚上的Pad，用导电金属线（金丝）链接起来。
所用材料：金属丝等。
文章来源：电子发烧友
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