雷火竞技半导体科普五 半导体设备材料、工艺和设备

　　目前半导体大致分为3代，这里说的第几代半导体设备，不是性能更优越，后者淘汰前者的关系。只是材料和器件发展先后的关系，三代半导体材料的性能特征各有优劣，故应用领域各有分工。

　　第一代半导体材料的代表是硅和锗，硅是目前应用最广泛的半导体材料，也就是现在CPU的原材料雷火竞技。

　　第二代半导体材料的代表是砷化镓，磷化铟，目前的半导体激光器和许多微波通讯设备中都有应用它们。

　　第三代半导体材料有氮化镓（GaN），金刚石（也叫钻石），碳化硅（SiC半导体设备，也叫莫桑石），应用最广泛的就是氮化镓做蓝光LED。

　　另外，半导体还有其他分类方式，在此就不赘述了。另外，猜猜目前已有的半导体有多少种？5种？10种？50种？不，有600多种。

　　半导体的代表性材料，硅，让许多学者都惊叹，硅这种材料简直就是上帝赐予人类的礼物，它在各方面的表现都堪称完美，无论是丰度、取材，提纯，大规模生产，以及后续各类工艺折腾，对人类都太友好了。

　　在所有半导体材料和器件中，单晶硅片的和硅基器件的相关工艺最为成熟，单晶硅片的制备工艺，有多级的提炼、切断、滚圆、切片、倒角、磨片、化学腐蚀雷火竞雷火竞技技、抛光等等。而硅基器件的制备工艺有氧化，光刻，刻蚀，掺杂，扩散，淀积、金属互连，封装和测试等等。这些工艺也适用于其他半导体。工艺的基础过程理解都比较简单，有许多非常形象的静态和动态图甚至视频描述，建议百度之。

　　实现以上工艺的设备有，氧化炉、光刻机、显影机、刻蚀机、镀膜机、注入机等等。拜特朗普所赐，现在大家都知道，实现这些工艺的这些半导体设备，中国与外国的水平有或多或少的差距。差距具体多大呢？我不清楚。

　　其中，光刻和刻蚀，是其中最复杂，时间和金钱成本占比最大的工艺。而大家热议的ASML光刻机，就是实现光刻工艺的设备。接下来就略微讲讲光刻机，其他的雷火竞技半导体设备略过。

　　首先，我们芯片做的越小，单位面积可以集成的器件越多，而光刻就类似于拿笔在硅片上画版图，而刻蚀类似于按照这个版图刻槽。

　　光刻的分辨率受到曝光波长的限制，波长越长，光刻分辨率越低，波长越短，光刻分辨率越高。

　　波长越长，就相当于这个画版图的笔越粗，可类比于毛笔；波长越短，就相当于这个画版图的笔越细，可类比于中性笔。

　　你拿着一只毛笔，在一张A4纸上只能画一个小猪佩奇，而如果你拿着一只中性笔，就可以在同样大小的一张A4纸上，画出100个小猪佩奇（这样大家就只有对你叹服：社会社会！同样是九年义务教育，为何你这么秀，你肯定是偷偷补课了！）

　　这么看来，我们就尽量采用短波长的紫外线做光刻的曝光光源就行啦，那么制造难点究竟在哪呢？

　　难点有很多，笼统地说就是，光刻的光源波长越低，越难产生，同时，对相应的光学透镜系统和掩膜材料的要求也越高。

　　光学和光刻机这一块我不是很懂，我就简单地提炼一下大家之言，说一下为什么现在的13nm极紫外光刻机很难造。

　　以前，光刻机是几家巨头竞争，现在就剩ASML一家巨头了（这儿有一段曲折而不狗血的故事，感兴趣可以自行去搜索），在13nm极紫外（EUV）光刻机出来之前，一直是193nm浸润式光刻机最先进。前段时间有新闻报道，中芯国际以1.2亿美元的价格向荷兰AMSL购买了一台13nm极紫外光刻机。

　　13.5nm波段的极紫外光源非常难制备（功率，稳定性等各方面参数的要求）。然后对于13nm的极紫外光刻机，传统的光雷火竞技学透镜系统直接就不适用了。

　　首先无论做的多么好的透镜，都会把极紫外光吸收掉，故必须抛弃透镜系统，而只能用反射型装置。用涂有多层钼和硅的凹面和凸面镜发射进行成像。并且，反射层的要求非常变态，所有的光学系统的镜面必须近乎完美，其表面的光滑程度必须要达到0.25nm（也就是一个原子的尺度大小）

　　然后呢，任何物质都对极紫外光具有极强的吸收。所以整个系统都必须处于真空中，并且这个系统运作过程中，要保证一直有这样的真空度。

　　还有其他很多很多难点，是我不清楚的，大家就另外找其他的答案看吧，此处贴一个知乎上的另外的13nm光刻机的技术要求的链接：0323。