引言

集成电路材料是集成电路产业发展的基础，属于高壁垒行业，具有技术含量高、生产难度大等特点。集成电路材料主要应用于晶圆制造和芯片封装环节，具体可以归纳为硅材料、电子气体、工艺化学品、CMP抛光材料、溅射靶材、光掩模、光刻材料和专用封装材料等八大类。

集成电路制造工艺流程图

下面为大家介绍下集成电路材料的主要性能参数

1、硅材料

硅材料是具有一定半导体电学特性和物理稳定性，并为后续集成电路制造过程提供衬底支撑的固态材料，是硅基集成电路的关键材料，全球95%以上的半导体器件和90%以上的集成电路制作在硅片上。

硅材料的主要性能参数包括电学性能、几何尺寸、表面质量、杂质含量、结晶学参数等。硅片的各项质量特性参数是相互关联、相互影响的，它们综合影响硅片的内在质量和表面加工质量。硅片的初期提纯阶段主要考虑其杂质含量；生长阶段决定了晶体的结晶学参数和电学参数；而后期加工阶段则决定了几何尺寸参数和表面质量。

2、工艺化学品

工艺化学品又称湿电子化学品，是集成电路、分立器件湿法工艺过程中使用的不可缺少的关键基础化工材料，主要用于清洗、刻蚀、电镀和表面处理等工艺。工艺化学品一般要求是超高纯度和超高洁净度，对生产、包装、运输及使用环境的洁净度也有极高要求。按照组成成分和应用工艺分为通用化学品（超净高纯试剂）和功能化学品。

工艺化学品的主要性能参数包括颗粒度分析、金属杂质分析和非金属杂质分析等。通用化学品一般控制颗粒粒径在0.5μm以下，杂质含量低于ppm级，是工艺化学品中对颗粒控制、杂质含量要求最高的产品。

表1 通用化学品SEMI国际标准等级

ICP-MS分析

IC分析

3、溅射靶材

溅射靶材主要是指纯度为99.9-99.9999%（3N-6N）的金属或非金属靶材，应用于电子元器件制造的物理气相沉积（PVD）工艺，是制备集成电路芯片、平板显示、光伏太阳能电池等电子薄膜的关键材料。目前，集成电路制造用靶材主要包括铝靶材、钛靶材、铜靶材、钽靶材及其合金靶材、钴靶材、镍及合金靶材以及稀贵金属靶材等。

集成电路制造工艺用靶材的主要性能参数包括纯度、杂质含量、组织均匀性、缺陷以及晶粒和晶向均匀性等。

C-SAM分析

XRD晶型结构分析

电子气体是市场规模仅次于衬底材料的第二大半导体制造用材料，占芯片制造材料成本的20%左右，包括大宗电子气体、离子注入气体、薄膜沉积气体（包括化学气相沉积CVD、原子层沉积ALD气体和前躯体）、刻蚀清洗气体、激光气体等。电子气体是影响芯片制造和器件性能的核心材料。

4、电子气体

电子气体的主要性能参数是纯度和水分含量，分析检测仪器包括气相色谱、水分仪、红外、质谱、ICP-MS、NMR、液相色谱等。通常，电子气体的杂质含量要求控制在10-6~10-9数量级，对有害杂质更是有严格的规定。

GC组分分析

FT-IR结构分析

5、专用封装材料

集成电路封装的主要作用是对半导体器件进行支撑和保护，防止物理、化学损伤，同时使芯片与外部电路形成可靠的电连接。根据目前技术发展状况判断，三维异质集成将是封装技术重要的发展趋势，晶圆级封装（WLP）、倒装芯片封装（FC）、三维封装（2.5D/3D）、系统级封装（SiP）等是先进封装技术的主要发展方向。封装材料按其在工艺过程中的用途可分为承载类材料、线路连接类材料、模封保护类材料、粘结类材料、其他功能材料、陶瓷封装材料及封装工艺材料等。

专用封装材料在满足低成本的要求之外，在性能上需要满足6个主要的特性：功能特性、粘接性、模量、热膨胀系数（CTE）、机械强度、抗湿性。

表2 主要封装材料及分类

Hotdisk分析

VNA分析

XPS分析

TGA分析

6、CMP抛光材料

抛光液的主要性能参数包括纯度、粘度、pH值、颗粒粒径、离子含量等；抛光垫的主要性能参数包括厚度、密度、压缩率、软硬度、沟槽图形及其深度、空穴大小等，主要指标要求包括抛光速率、均匀性、缺陷率、寿命等。

7、光掩模

光掩模是集成电路晶圆制造用母版，承载着集成电路设计版图的相关信息。在晶圆制造工艺中，通过光刻胶涂覆、曝光、显影等一系列工艺，将光掩模上的图形转移到被曝光的衬底材料上，实现图形转移。目前半导体制造用光掩模主要有二元光掩模、相移光掩模和EUV光掩模等。光掩模配套的关键原材料包括光掩模基板、光掩模保护膜、高纯合成石英等。

光掩模基板的主要性能参数包括平整度、洁净度和表面沉积材料的性能等；保护膜的主要性能参数包括光密度、反射率、厚度和缺陷等；合成石英的主要性能参数包括耐光性、透光率、热膨胀率、平坦度、表面精度、耐等离子体、耐酸碱性和绝缘性等。

8、光刻材料

光刻材料包括光刻胶、光刻胶专用试剂以及光刻辅助材料。光刻胶的性能和品质与集成电路工艺线宽和曝光工艺效率以及芯片良率和可靠性等直接相关，是制约集成电路工艺技术发展的关键性核心材料。

光刻胶的主要性能参数包括分辨率、粘滞性/黏度、对比度、对电镀液的耐受性、涂布均匀性、膜厚和涂层缺陷等；同时光刻胶及其专用试剂必须满足集成电路工艺对金属离子含量和颗粒含量的控制要求。

结语

集成电路材料是集成电路产业的基石，对集成电路材料进行检测和分析能够及时发现制造过程中的可靠性缺陷，有效避免大规模量产后造成更大规模的损失，是集成电路产业提质升级的基础和关键环节。中国赛宝实验室承担了国家新材料测试评价平台-电子材料行业中心的建设，是国内首批也是唯一的电子材料行业中心，是目前唯一落地广东的国家级新材料重点平台。赛宝在集成电路材料领域已具备相关测试分析设备和国内领先的技术实力，是我国集成电路技术产业技术创新联盟中唯一的分析评价服务单位，能够给客户提供综合可靠性保障服务，欢迎有意者咨询相关业务。

参考文献：

1.   章晓文,恩云飞. 半导体集成电路的可靠性及评价方法[M]. 北京:电子工业出版社,2015

2.   石瑛. 中国集成电路材料产业技术发展路线图[M]. 北京:电子工业出版社,2019