半导体制程概论02.ppt

Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,1,Chapter 2積體電路生產的簡介,Hong Xiao, Ph. D. ,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,2,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.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,3,積體電路生產流程,積體電路生產廠房,金屬化,化學機械研磨,蝕刻與光阻剝除,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,4,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.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,5,晶圓良率,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,6,晶粒良率,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,7,封裝良率,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,8,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.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,9,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.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,10,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.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,11,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.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,12,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.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,13,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.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,14,缺陷與良率,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,15,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.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,16,晶圓產品的解說,晶粒,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,17,晶圓產品的解說,切割道,晶粒,測試結構,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,18,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.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,19,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.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,20,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.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,21,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,0.1,1.0,10,以微米為單位的粒子尺寸,Class M-1,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,22,依聯邦標準209E定義所制定之空氣含微粒子的潔凈等級表,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,23,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.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,24,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.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,25,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.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,26,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.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,27,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.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,28,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.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,29,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.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,30,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.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,31,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.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,32,濕式製程,乾燥,蝕刻、光阻塗佈或清洗,沖洗,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,33,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.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,34,垂直爐管,製程反應室,晶圓,塔狀承座,加熱器,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,35,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.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,36,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.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,37,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.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,38,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.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,39,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.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,40,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.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,41,測試結果,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,42,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.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,43,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.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,44,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.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,45,帶有接合墊片的積體電路晶片,接合墊片,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,46,IC晶片封裝,引線端,晶片,接合墊片,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,47,具有金屬凸塊的積體電路晶片,凸塊,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,48,覆晶封裝,晶片,凸塊,插座,