集成电路前道工艺、设备及市场分析-终课件.ppt
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1、集成电路前道工艺、设备及市场分析梅林目录 一、集成电路核心组件简介 二、半导体前道工艺 三、半导体前道设备市场分析 四、机遇与挑战什么是集成电路RC电阻sLRRW氧化膜氧化膜pnnP型扩散层型扩散层(电阻)(电阻)基区扩散电阻基区扩散电阻VCCLw电容氧化膜氧化膜pN+平板型电容平板型电容铝电极铝电极N-epi隔离隔离槽槽N叠式结构电容叠式结构电容氧化膜氧化膜电容极板电容极板nPN结晶体管NPN型双极性晶体管BECpn+n-epin+P-SiP+P+S发射发射区区(N+型型)基区基区(P型型)集电区集电区(N型外延型外延层层)衬底衬底(P型型)n+-BLnpnBECCBEN P NBECCMO
2、S晶体管Sisourcedrain上层的氮化物上层的氮化物金属连接的源金属连接的源极极金属连接的栅极金属连接的栅极漏极金属连接漏极金属连接多晶硅栅极多晶硅栅极掺杂的多晶掺杂的多晶硅硅氧化层氧化层栅极氧化栅极氧化层层源极源极(S)漏极漏极(D)栅极栅极(G)n+n+P型硅基板型硅基板栅极(多晶硅)栅极(多晶硅)绝缘层(绝缘层(SiO2)半半导导体体基基板板漏极漏极源极源极目录 一、集成电路核心组件简介 二、半导体前道工艺 三、半导体前道设备市场分析 四、机遇与挑战silicon substrate清洗 Fab内IC制造的流程非常复杂,但其实IC制造就只做一件事而已:把掩模上的电路图转移到晶圆上。
3、silicon substrate氧化层氧化层silicon substrateShadow on photoresist曝曝光光区区掩模版掩模版Ultraviolet Lightsilicon substrate光刻非感光区域非感光区域silicon substrate感光区域感光区域光刻后silicon substratesilicon substratesilicon substrate刻蚀silicon substratesilicon substrate去胶silicon substrate沉积氧化层沉积氧化层沉积栅极氧化层silicon substrate栅极氧化层栅极氧化层栅极氧
4、化层栅极氧化层栅极氧化层silicon substrate栅极氧化层栅极氧化层多晶硅栅极沉积silicon substrategate栅极氧化层栅极氧化层多晶硅栅极多晶硅栅极刻蚀形成多晶硅栅极silicon substrategate离子注入形成源极离子注入形成源极sourcedrain离子源离子源光刻胶在离子注入后去除光刻胶在离子注入后去除离子注入silicon substrategatesourcedrainCMOS晶体管silicon substratesourcedrain沉积氮化层氮化氮化物物silicon substrate连接孔连接孔drainsource刻蚀出连接孔silico
5、n substrate连接孔连接孔drainsource沉积金属线silicon substratedrainsource连接点连接点表面平坦化晶圆 晶圆(Wafer):主要指硅片 提炼、纯化、拉晶、滚磨,切片,倒角,抛光 纯度可以达到99.999999999 4寸、6寸、8寸、12寸 SiC、GaN、GaAs、InP清洗 清洗的目的是去除各种污染,占整个半导体流程的33% 获得最好的良率、器件性能和长期的可靠性。 安全、简单、经济和环保 超声波清洗机、刷洗器、等离子体清洗机、浸洗式化学清洗站、喷洗式单箱化学清洗机等氧化 氧化目的是在硅片表面形成二氧化硅; 用途杂质扩散掺杂的掩蔽膜器件表面保护
6、或钝化膜MOS电容的介质材料MOSFET的绝缘栅材料电路隔离介质或绝缘介质 湿法、干法 多片垂直氧化炉管、快速热氧化炉匀胶显影 匀胶显影机(Track)主要用于光刻材料的涂布、烘烤、显影、去离子水冲洗,也包括晶圆背面的清洗, 最新的发展更是把测量单元集成到了该设备上。光刻 光刻:将掩模版上的图形转移光刻胶上的过程 按照技术发展可以分为接触式、接近式和投影式。 按照光源可以分为: g线436nm,常用在0.5m工艺; i线365nm,常用在0.35m工艺; KrF248nm,0.25m0.11m ArF193nm,7nm130nm EUV13.5nm,10nm以 为了突破衍射极限又分为干式和浸没
7、式 为了提高效率又可为步进重复式和步进扫描式刻蚀 刻蚀:根据光刻去除不必要的区域的材料,使用设备为刻蚀机 湿法刻蚀:各向同性、工艺简单、成本低 干法刻蚀:各向异性、分辨率高 等离子体刻蚀 溅射刻蚀 反应离子刻蚀掺杂 掺杂:将杂质掺杂到目标载体中,包括非金属(B、P、As)和金属(Al、Au、Pt)沉积 沉积可以分为物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)和原子层沉积(ALD) PVD:III-V族化合物半导体工艺中仍被采用,速度快工艺简单 CVD:可以沉积几乎所有薄膜,SiO2、Si3N4、绝缘介质、金属、单晶硅(外延)等。 ALD:原子层沉积是一种可以将物质以单原子膜形式一层一层的镀在
8、基底表面的方法 蒸发设备、溅射设备、常压CVD、低压CVD、PECVD和ALD设备等PVDCVDALDCMP CMP:化学机械平坦化或化学机械抛光,表面全局平坦化的技术 目的:保证沉积后表面的平整度,为下一步工序做准备检测 检测根据测试目的可以细分为量测和检测 量测主要是对芯片的薄膜厚度、关键尺寸、膜应力、掺杂浓度等材料性质进行测量 检测主要用于识别并定位产品表面存在的杂质颗粒沾污、机械划伤、晶圆图案缺陷等问题。 椭偏仪、四探针电阻仪、AFM、SEM、热波系统、显微镜等目录 一、集成电路核心组件简介 二、半导体前道工艺 三、半导体前道设备市场分析 四、机遇与挑战技术革新带来了成本的增加 晶圆代
9、工厂加工工艺从28纳米发展到7纳米,制造设备支出增加100%; 数据来源:应用材料,西南证券整理半导体设备占主要支出比 12寸线、产能5万片/月,各类设备500台,周期2年 50台光刻机 10台大束流离子束注入机,8台中束流离子注入机, 40台刻蚀机, 30台薄膜沉积设备数据来源:中国报告网晶圆 日本信越 市场占有率28% 日本胜高 市场占有率25% 台湾环球晶圆 市场占有率17% 德国世创 市场占有率15% 韩国LG 市场占有率9% 国内的有:上海新昇、重庆超硅、北京有研半导体材料和浙江金瑞泓科技日本信日本信越越 28%销售额销售额, 日本胜日本胜高高, 25%销售额销售额, 德国世德国世创
10、创, 15%销售额销售额, 韩国韩国LG, 9%销售额销售额, 台湾环台湾环球晶圆球晶圆, 17%其他其他, 6%晶圆晶圆市场占有率市场占有率数据来源:中国报告网清洗设备市场 日本Screen(迪恩士)市场占有率52% 日本TEL(东京电子)市场占有率20% 美国Lam(泛林半导体)市场占有率13% 韩国SEMES(细美事,三星的子公司)市场占有率10% 盛美半导体(ACM) 市场占有率3% 北方华创、至纯科技等Screen, 52%销售额销售额, TEL, 20%销售额销售额, Lam, 13%销售额销售额, SEMES, 10%销售额销售额, ACM, 3%销售额销售额, 其他其他, 2%
11、清洗清洗市场占有率市场占有率数据来源:Screen清洗龙头-迪恩士 迪恩士十分注重研发,2017年的研发费用为82亿日元, 占企业资本支出的46%; 迪恩士拥有的专利数量庞大,2017年迪恩士共拥有4418件专利,其中来自日本本土的专利2115件, 来自海外的专利2303件。 数据来源:Screen数据来源:Screen清洗机国产情况-盛美半导体 盛美半导体目前的产品主要是基于SAPS和TEBO技术的单晶圆清洗设备 盛美半导体的SAPS产品受到国内外一流半导体制造商的认可,主要客户包括上海华力微电子,SK海力士,中芯国际,长江存储等数据来源:盛美半导体清洗机国产情况-北方华创和至纯科技 北方华
12、创:整合Akrion,占据清洗机大市场 Saqua单片清洗机进驻中芯北方28纳米生产线 北方华创清洗机设备下游市场涵盖整个泛半导体行业氧化/扩散设备 日本的日立(Hitachi)43.1%; 日本的东京电子(TEL)37.9% 荷兰先域(ASM)13.8% 其他5.2%,包括:英国Thermco、Centrothermthermal Solution、Screen、Lam、北方华创、青岛福润德、中电科48所、青岛旭光仪表设备、中电科45所Hitachi, 43%销售额销售额, TEL, 38%销售额销售额, ASM, 14%销售额销售额, 其他其他, 5%氧化氧化/扩散设备扩散设备占有率占有率
13、数据来源:中国产业信息网光刻机市场分析 荷兰ASML市场占有率75.3% 日本Nikon市场占有率11.3% 日本佳能Canon市场占有率6.2% 其他7.2%ASML, 76%销售额销售额, Nikon, 11%销售销售额额, Canon, 6%销售销售额额, 其其他他, 7%光刻机市场光刻机市场占有率占有率数据来源:中国产业信息网100.00%92.68%63.64%76.34%30.23%7.32%36.36%2.15%11.63%21.51%58.14%0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%EUV 光刻机ArFi 光刻机ArF 光刻机KrF光刻机i-line
14、光刻机2017年度全球光刻机市场份额ASMLNikonCanon数据来源:各公司官网总结2011-2017年度全球光刻机总销售情况 2011-2017累计销售销售光刻机1920台,其中ASML1209台,Nikon302台,Canon409台。公司EUV 光刻机(台)ArFi 光刻机(台)ArF 光刻机(台)KrF光刻机(台)i-line光刻机(台)总计(台)ASML26539494691261209Nikon0734664119302Canon00090319409总计266129562356419201.35%31.88%4.95%32.45%29.38%EUV 光刻机ArFi 光刻机Ar
15、F 光刻机KrF光刻机i-line光刻机数据来源:各公司官网总结ASML高端光刻机垄断者 ASML的转折点浸没式光刻,2007年推出第一台浸没式光刻机数据来源:ASML官网ASML高端光刻机垄断者 公司营业收入和净利润始终保持较高水平。自2016年推出EUV设备后,营收和净利润实现大幅增长,2018年收入将近100亿欧元; ASML 2017年研发费用高达15亿美元,占营业收入比重为14%,远高于佳能与尼康的8%左右。数据来源:ASML官网Nikon & Canon 尼康:发挥面板光刻比较优势 在FPD光刻方面,尼康则可发挥其比较优势,尼康的机器范围广泛 采用独特的多镜头投影光学系统处理大型面
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