半导体制程概论02.ppt

Chapter 2積體電路生產 的簡介 Hong Xiao, Ph. D. Hong Xiao, Ph. D.1www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm 目標 定義極解釋良率的重要性 描述無塵室的基本佈局圖. 解釋無塵室協議規範的重要性 列出在積體電路製程的四種基本操作方式 列出至少六種在積體電路生產廠房內的製程區 間名稱 解釋晶片封裝的目的 描述標準的打線接合製程與覆晶接合製程 Hong Xiao, Ph. D.2www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm 積體電路生產流程 材料 設計 光罩 積體電路生產廠房 測試 封裝 最後測試 加熱 製程 微影製程 離子佈植與 光阻剝除 金屬化 化學機械 研磨 介電質沉 積 晶圓 蝕刻與光 阻剝除 Hong Xiao, Ph. D.3www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm 生產廠房的成本 生產廠房的成本非常高，八吋晶圓的生 產廠房成本 $1B 無塵室 設備, 每一項工具經常 $1M 材料, 高純度, 超高程度 設施 人員, 訓練和薪酬 Hong Xiao, Ph. D.4www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm 晶圓良率 Hong Xiao, Ph. D.5www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm 晶粒良率 Hong Xiao, Ph. D.6www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm 封裝良率 Hong Xiao, Ph. D.7www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm 整體的良率 YT = YWYDYC 整體的良率可以決定一間生產工廠是賺前 還是賠錢 Hong Xiao, Ph. D.8www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm 生產廠房為何賺(賠)錢 成本: 晶圓 (8”): $150/晶圓* 處理: $1200 ($2/晶圓/步驟, 600步驟) 封裝: $5/晶片 銷售: 200 晶片/晶圓 $50/晶片 ( 2000年的低階處理器) *晶圓成本, 每片晶圓的晶片數,以及晶片價格的變動 ,此處的數字是隨機一般獲得 的資訊 Hong Xiao, Ph. D.9www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm 生產工廠如何賺 (賠 ) 錢 100% 良率: 150+1200+1000 = $2350/晶圓 50% 良率: 150+1200+500 = $1850/晶圓 0% 良率: 150+1200 = $1350/晶圓 100%良率: 20050 = $10,000/晶圓 50%良率: 10050 = $5,000/晶圓 0%良率: 050 = $0.00/晶圓 100%良率: 10000 - 2350 = $7650/晶圓 50%良率: 5000 - 1850 = $3150/wafer 0%良率: 0 1350 = $1350/晶圓 成本: 銷售: 獲利 空間: Hong Xiao, Ph. D.10www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm Question 假如積體電路製造的每一道製程步驟的 晶粒良率都是99%，而且共有600道製程 步驟，試問整體的晶粒良率是多少? Hong Xiao, Ph. D.11www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm 解答 相當於99% 自乘600 次 0.99600 = 0.0024 = 0.24% 幾乎沒有良率可言! Hong Xiao, Ph. D.12www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm 生產量 可以生產的晶圓數量 生產工廠: 晶圓 / 月 (典型值 10,000) 工具: 晶圓 / 小時 (典型值 60) 高良率, 高產量 Hong Xiao, Ph. D.13www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm 缺陷與良率 Hong Xiao, Ph. D.14www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm 良率和晶粒尺寸 Y = 28/32 = 87.5%Y = 2/6 = 33.3% 殺手缺陷 Hong Xiao, Ph. D.15www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm 晶圓產品的解說 晶粒 Hong Xiao, Ph. D.16www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm 晶圓產品的解說 切割道 晶粒 測試結構 Hong Xiao, Ph. D.17www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm 無塵室 低粒子數的人造環境 最初的無塵室是為了醫院手術房而建的 粒子是良率的殺手 積體電路製造必須在無塵室中進行 Hong Xiao, Ph. D.18www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm 無塵室 最初的無塵室是為了醫院手術房而建的 1950年之後半導體工業採用本項技術 越小的圖形尺寸就需要純淨度更高的無塵 室 粒子數越少，造價越高 Hong Xiao, Ph. D.19www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm 無塵室等級 等級 10：每立方英尺內其直徑大於0.5微米 的微粒數目必須小於10顆 等級 1 ：每立方英尺內其直徑大於0.5微米 的微粒數目必須小於1顆 0.18 mm 元件需要高於等級1以上的無塵室 Hong Xiao, Ph. D.20www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm 無塵室等級 0.1 1 10 100 1000 10000 100000 Class 100,000 Class 10,000 Class 1,000 Class 100 Class 10 Class 1 粒子總數 / 立方英尺 0.11.010 以微米為單位的粒子尺寸 Class M-1 Hong Xiao, Ph. D.21www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm 依聯邦標準209E定義所制定之空氣 含微粒子的潔凈等級表 等級 粒子 / 立方英尺 0.1 mm0.2 mm0.3 mm0.5 mm5 mm M-650.28 1357.531 10350753010 100 750300100 1000 10007 10000 1000070 Hong Xiao, Ph. D.22www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm 光罩上粒子污染效應 光罩上 的粒子 正光阻上 的殘留物 負光阻上 的洞孔 薄膜薄膜 基片基片 Hong Xiao, Ph. D.23www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm 粒子污染的效應 局部佈植的接面 微粒 離子束 光阻 屏蔽氧化層 光阻中的摻雜物 Hong Xiao, Ph. D.24www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm 無塵室結構 製程區 設備區 1000級設備區 1000級 孔狀框型高架地板 回風 HEPA過濾網 風扇 幫浦、電力 供應系統 製程工具製程工具 補充空氣 補充空氣 1 級 Hong Xiao, Ph. D.25www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm 最少化微粒環境 等級1000的無塵室, 較低的成本 董事長會議室的安排方式,製程和設備之 間無牆面阻隔 在晶圓和製程工具的周圍環境較等級1佳 製程工具間晶圓轉移自動化 Hong Xiao, Ph. D.26www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm 最少化微粒環境的無塵室 設備區 1000級 設備區 1000級 孔狀框型高架地板 回風 HEPA過濾網 風扇 幫浦、電力 供應系統 製程工具 補充空氣 補充空氣 製程工具 HEPA過濾網 1 級 Hong Xiao, Ph. D.27www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm 更衣區 無塵衣掛架 長椅 手套、髮套和鞋套架 棄物箱 刷洗 / 清潔 位置 儲物區 手套架 手套架 入口 往無塵室 Hong Xiao, Ph. D.28www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm 積體電路製程流程圖 微影技術 薄膜成長、沉積，且 (或)化學機械研磨 蝕刻 光阻剝除光阻剝除 離子佈植 快速高溫回火或擴散 Hong Xiao, Ph. D.29www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm 半導體生產工廠的平面圖 製程區間 更衣區 走道 設備區 拉門 服務區 Hong Xiao, Ph. D.30www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm 半導體生產工廠基本平面圖 更衣區 緊急出口 服務區 製程和度量 工具 Hong Xiao, Ph. D.31www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm 濕式製程 乾燥蝕刻、光阻塗佈或清洗沖洗 Hong Xiao, Ph. D.32www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm 中心帶區 平帶區 距離 溫度 加熱線圈 石英管 氣流 晶圓 水平爐管 Hong Xiao, Ph. D.33www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm 垂直爐管 製程反應室 晶圓 塔狀承座 加熱器 Hong Xiao, Ph. D.34www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm 軌道步進機整合示意圖 加熱平台 底層塗佈 反應室 冷卻平台 冷卻平台 自旋塗佈站 顯影站 步進機 晶圓移動 方向 晶圓 Hong Xiao, Ph. D.35www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm 具備蝕刻和光阻剝除反應室的 群集工具 轉換室 光阻剝除 反應室 裝載站 蝕刻反應 室 光阻剝除 反應室 蝕刻反應 室 卸載站 機械手臂 Hong Xiao, Ph. D.36www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm 具備介電質化學氣相沉積(CVD)及 回蝕刻反應室的群集工具 轉換室 裝載站 PECVD 反應室 O3-TOES 反應室 卸載站 機械 手臂 Ar 離子濺射室 Hong Xiao, Ph. D.37www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm 具有氣相沉積(PVD)反應室的群集工具 轉換室 裝載站 Ti/TiN反 應室 AlCu反 應室 卸載站 機械手臂 AlCu反 應室 Ti/TiN反 應室 Hong Xiao, Ph. D.38www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm 乾進、乾出多研磨頭的化學機械 研磨(CMP)系統 晶圓裝載及等 待位置 CMP後段清潔位置 清洗位置 乾燥及晶圓卸載 位置 多研磨頭研磨機 研磨襯墊 清潔機台 研磨頭 Hong Xiao, Ph. D.39www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm 製程區和設備區 製程區 設備區 設備區 製程工具 電腦桌與度量工具桌 服務區 拉門 晶圓裝載門 Hong Xiao, Ph. D.40www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm 測試結果 失效晶粒 Hong Xiao, Ph. D.41www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm 晶片接合結構 矽晶片晶片背面金 屬化 焊接材料 基片金屬化 基片(金屬或陶瓷) 微電子元件和電路 融熔及 凝固 Hong Xiao, Ph. D.42www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm 打線接合製程 金屬線 形成融熔金屬球 接合墊片接合墊片接合墊片 緊壓使之連 結接合墊片 打線頭退返 線夾 Hong Xiao, Ph. D.43www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm 打線接合製程 引線接合墊片接合墊片引線 施壓及加熱使金屬 線連結引線 線夾閉合加熱以截斷 金屬線 Hong Xiao, Ph. D.44www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm 帶有接合墊片的積體電路晶片 接合墊片 Hong Xiao, Ph. D.45www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm IC晶片封裝 引線端 晶片 接合墊片 Hong Xiao, Ph. D.46www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm 具有金屬凸塊的積體電路晶片 凸塊 Hong Xiao, Ph. D.47www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm 覆晶封裝 晶片 凸塊 插座 引線端 Hong Xiao, Ph. D.48www2.austin