工艺技术_半导体制程简介

半導體製程簡介 部門ASI EOL報告人SaintHuang 半導體製造流程 晶圓製造 封裝 晶圓針測 測試 Front End Back End 晶粒 Die 成品 半導體製程分類 I 晶圓製造II 晶圓處理III 晶圓針測IV 半導體構裝V 半導體測試 I 晶圓製造 晶圓製造流程 晶圓材料 分類 元素半導體 矽 鍺化合物半導體 碳化矽 SiC 砷化鎵 GaAs 矽的優缺點 優點 存量豐富 無毒 穩定之氧化鈍態層 製造成本低缺點 電子流動率低 間接能階之結構 多晶矽原料製造 西門子法 矽砂 碳 SiO2 低純度矽 冶金級矽 98 氯矽化合物 SiHCl3 SiHCl3 多晶矽棒 3 7cm塊狀矽塊 99 9 9 高溫電弧爐還原 無水氯化氫 蒸餾純化 氫氣還原及CVD法 敲碎 單晶生長技術 柴氏長晶法 82 4 磊晶法 14 0 浮融帶長晶法 3 3 其它 0 2 1993年市場佔有率 長晶程序 柴式長晶法 矽金屬及摻雜質的融化 Meltdown 頸部成長 NeckGrowth 晶冠成長 CrownGrowth 晶體成長 BodyGrowth 尾部成長 TailGrowth 柴氏長晶法示意圖 單晶成長流程圖 抽真空測漏氣率 1hr 坩堝加熱融化多晶矽塊 7hrs 等待穩定平衡 2hrs 頸部成長 1hr 晶冠成長 2hrs 晶體成長 30hrs 尾部成長 5hrs 冷卻 4hrs 晶柱後處理流程 晶邊研磨 長晶 外徑研磨與平邊 切片 晶圓研磨 化學蝕刻 拋光 清洗 檢驗 晶圓切片 Slicing Singlecrystalrod Wafer 晶圓切片流程 晶棒黏著切片晶圓清洗規格檢驗 內徑切割機 晶邊圓磨 Edgecontouring 目的防止晶圓邊緣碎裂防止熱應力之集中增加光阻層在邊緣之平坦度方式輪磨化學蝕刻晶面抹磨 輪磨示意圖 晶面研磨 Lapping 去除鋸痕與破壞層平坦化 降低粗糙度 化學蝕刻 Etching 目的 去除加工應力所造成之損傷層 以提供更潔淨平滑表面蝕刻液種類酸系 氫氟酸 硝酸 醋酸混合鹼系 氫氧化鈉 氫氧化鉀 以研磨劑中之NaOH KOH NH4OH腐蝕最表層 由機械磨擦進行拋光邊緣拋光降低微粒附著增加機械強度表面拋光去除微缺陷平坦化 晶圓 晶圓拋光 Polishing 晶圓清潔 Cleaning 一 SC 1 RCAstandardclean1 化學品 NH4OH H2O2 H2O目的 清除微粒子SC 2 RCAstandardclean2 化學品 HCl H2O2 H2O目的 清除金屬粒子 晶圓清潔 Cleaning 二 SPM PiranhaClean 化學品 H2SO4 H2O2目的 清除有機物質DHF DiluteHFClean 化學品 HF H2O目的 清除表層氧化物 II 晶圓處理 晶圓處理流程 微影製程 薄膜沉積 蝕刻 氧化反應 摻雜 金屬化製程 氧化反應 Oxidation 目的 獲得SiO2層 如場氧化層 做為元件絕緣體材料方法 乾式氧化法Si O2SiO2濕式氧化法Si 2H2OSiO2 2H2 薄膜沉積 Deposition 物理氣相沉積 PVD 主要應用範圍 金屬材料化學氣相沉積 CVD 主要應用範圍 介電材料 導體材料 半導體材料 物理氣相沉積 蒸鍍 Evaporation A 接真空系統 蒸鍍室 晶片與晶座 蒸鍍源 坩堝加熱 物理氣相沉積 濺鍍 Sputtering 濺鍍機 化學氣相沉積 a 氣體擴散 b 反應物被吸附 c 化學反應與沉積 d 未參與物脫離 e 未參與物抽離 主氣流 介面邊界層 微影製程 Photolithography 光阻 光阻材料及作用樹脂 黏合劑感光材料 光活性強之化合物溶劑 使光阻以液體方式存在分類 正光阻 遇光溶於顯影劑負光阻 產生鏈結 使結構增強 不溶於顯影劑 光阻塗佈 曝光 接觸式曝光 解析度好 但光罩易被污染近接式曝光 光罩不被污染 但解析度降低投影式曝光 解析度佳 且光罩不被污染 目前工業所用 光罩 曝光概念圖 鏡子 光源 過濾器 聚集鏡片 光罩 縮影鏡片 晶片 投影式 蝕刻 Etching 目的 除去微影製程中沒被光阻覆蓋部份的薄膜蝕刻技術 乾式蝕刻濕式蝕刻 底材 薄膜 光阻 摻雜 Doping 目的 增加導電性如N型半導體加入砷離子 P型半導體加入硼離子常用方法擴散法離子植入法 離子植入法示意圖 IC製程簡圖 一 晶圓 二氧化矽 SiO2 光阻 Photoresist 氧化反應 薄膜沉積及光阻塗佈 薄膜 Si3N4 A B IC製程簡圖 二 晶圓 晶圓 二氧化矽 已顯影光阻 蝕刻 去除光阻 顯影 離子植入 晶圓 參雜物 薄膜 C D E F IC製程簡圖 三 金屬沉積 微影製程 金屬蝕刻 去除光阻 G H I J 金屬層 III 晶圓針測 晶圓針測示意圖 探針卡 針測機 晶圓針測流程圖 晶圓生產Waferprocessing 封裝Packaging 晶圓針測CircuitProbing1 晶圓針測CircuitProbing2 雷射修補LaserRepair IV 半導體構裝 構裝之目的 電能傳遞訊號傳遞散熱結構保護與支持 構裝的分類 一 依IC晶片數目 SCP SingleChipPackages MCM Multi chipChipMudule 依密封材質 塑膠 PlasticPackages 陶瓷 CermicPackages 構裝的分類 二 與電路板接合方式 引角插入型 Pin Through Hole 表面粘著型 SurfaceMountTechnology 依引腳分布型態 單邊引腳 交叉引腳式ZIP雙邊引腳 雙列式DIP四邊引腳 四邊扁平構裝QFP底部引腳 針格式PGB PGA QFP ZIP DIP 構裝的名稱與應用 構裝之演化及趨勢 SK DIP ZIP DIP TSOP SSOP SOJ SOP Sh DIP PGA BGA STZIP QFP TQFP 高密度模組 高功能 高引腳數 薄型 小型 輕量化 多晶片組合 晶片型構裝 晶片切割 DieSaw 黏晶 DieBond 銲線 WireBond 塑膠構裝打線接合製程 一 封膠 Mold 剪切 Trim 成形 Form 印字 Mark 塑膠構裝打線接合製程 二 電路連線技術 打線接合 WireBonding 捲帶自動接合 TapeAutomatedBonding TAB 覆晶接合 FlipChip FC 打線接合技術 導線架 捲帶自動接合技術 捲帶之基本架構 傳動孔 外引腳孔 內引腳 外引腳 晶片 高分子捲帶 覆晶接合技術 晶片 基板 銲錫凸塊 各連線技術之應用範圍 1 10 100 1 000 10 000 100 000 連線技術 晶片I O數 打線接合 TAB FlipChip 257 600 16 000 V 半導體測試 半導體測試流程 FT1 封裝 FT2 BurnIn Mark Scan 彎腳調整 烘烤 包裝 電性抽測 FT3 電性抽測 電性抽測 半導體測試簡介 一 FT1 FinalTest1 目的 找出封裝不良品內容 簡單電性測試 O S 部份程式測試 測試機Advantest5336 半導體測試簡介 二 炙燒 BurnIn 目的 使IC處於高溫 125度C 高電壓 1 5倍正常操作電壓 環境下 使潛在元件中的缺陷提早顯現 WithBurn In WithoutBurn In 工作時間 Hours 失敗率 早夭期 有效壽命期 衰老期 浴缸曲線 BathtubCurve 半導體測試簡介 三 炙燒方式 靜態炙燒 高電壓 高溫動態炙燒 高電壓 高溫及寫入監控