半导体材料应用技术及发展前景

原题目 半导体材料应用技术及发展前景半导体材料对集成电路圆片成品率的影响 报告内容一 半导体材料应用技术二 集成电路圆片成品率的重要性三 影响成品率的因素四 总结 芯片设计 芯片制造 测试封装 一 半导体材料在集成电路产业链中的应用 在半导体材料市场中 管芯制造材料通常占总额的60 以上 其中大部分来自硅片 如果将硅片及掩模这两大类加在一起 又要占到管芯制造材料的60 管芯制造材料 封装材料 一 半导体材料应用技术 二 管芯制造材料集成电路芯片制造中的应用 芯片与集成电路 P Substrate N BuriedLayer N BuriedLayer N Well N Well P Well Poly Poly N N N N N P P P M 1 Al Al M 1 M 1 Al Al Al Al E B C NMOS PMOS BipolarTransistor N P S G D S G D FieldOxide FieldOxide GateOxide GateOxide M 2 M 2 M 2 M 3 M 3 M 3 Passivation W W 集成电路剖面结构示意图 二 集成电路芯片成品率的重要性 一 客户需求 客户成本 成品率低意味着圆片上有较多的坏芯片 有效芯片减少 但是圆片的测试 减薄 划片等后续工序的工作量并没有减少 而且增加挑粒工序的工作量 所以成品率低 客户的有效产出低 成本增加 芯片的可靠性问题 成品率低意味着圆片在加工过程中有较多的缺陷 坏芯片周围的所谓 好 芯片 可能存在同样的缺陷 只是缺陷比较轻微 没有测试出来 但是存在可靠性的问题 所以 客户通常提出要 无缺陷圆片 或者拒绝接受成品率低于60或70 的圆片 3 硅片有效利用面积 从客户的角度 希望拿到有效利用面积比较大的圆片 这也是晶圆尺寸越来越大的原因之一 由右图可以看出 硅片直径越大 有效利用面积的百分比越大 圆片成品率越高 意味着可以充分利用圆片的有效利用面积 尤其对于小尺寸圆片 意义更为重大 硅片直径与有效利用面积之间的关系 边缘5mm区域为无效区域 二 工艺技术需求1 单项工艺 工艺复杂 技术含量高 为保证产品的成品率 必须每道工序精确控制 2 工艺流程长 从投片到产出经过几百道工序 经历几个月的时间 只要有一道工序有问题 则前功尽弃 除光刻工序外 其它几乎无返工的机会 可见 成品率就显得尤为重要 三 成本需求1 投资大 设备基本是进口 2 运行成本高 动力运行成本 保证车间恒温恒湿和高洁净度的维护成本 3 材料成本 尤其是硅片成本 从以上客户 工艺技术和成本需求分析可以看出 提高集成电路圆片成品率的意义特别重大 是集成电路制造企业最重要的质量指标 成品率除了与工艺技术和生产控制有关外 制造过程中使用的各种材料的质量情况对成品率的提升有重要影响 一 硅片的内在质量 三 影响成品率的因素 二 线条的影响1 光刻线条的影响因素 1 光刻胶 分辨率 图形的分辨能力DOF特性 光刻机焦距的容忍度水份 产生表面缺陷 如 气泡固体含量 显影效果粘度 胶厚度及均匀性 2 显影液 成分的稳定 正常 线条轮廓不理想 曝光不充分 Pellicles UVLight 光刻曝光技术 3 硅片平整度 局部平整度 弯曲度 翘曲度 影响曝光均匀性 4 光刻板 线条精度 2 蚀刻线条的影响 1 湿法蚀刻化学品的纯度配比的精度 如BOE PAE PAD表面张力 2 干法蚀刻气体的纯度气体成分的稳定性 湿法蚀刻示意图 三 颗粒的影响 颗粒来源 硅片 化学品 气体 洁净材料 如 无尘衣 口罩 手套等 用具 如 片舟 片盒 导片机 夹具等 车间环境 高效过滤器 人为因素 如 车间外带入 人员的走动 操作动作等 颗粒影响示意图 酸液或等离子如何进入 匀胶前产生的颗粒 显影后产生的颗粒 薄膜生长前或生长过程中产生的颗粒 四 金属离子 P型半导体 在本征半导体中掺入少量的三价元素杂质 多数载流子是空穴 少数载流子是电子N型半导体 在本征半导体中掺入少量的五价元素杂质 多数载流子是电子 少数载流子是空穴金属 自由电子所以 金属在集成电路芯片制造中有非常严重的危害性 尤其严重的是Na 主要来源 所有材料都有可能 P型半导体 N型半导体 PN结反向电压 五 静电的影响 半导体制造中静电的危害可分为两类 由静电引力引起的浮游尘埃的吸附 尘埃颗粒危害性前面已述 由静电放电引起的介质击穿集成电路芯片的集成度越来越高 导线间距越来越小 绝缘膜越来越薄 致使耐击穿电压也愈来愈低 在生产流程中 生产过程 硅片运输 储存和转运等过程中所产生的静电电压却远远超过其击穿电压阈值 这就可能造成器件的击穿或失效 降低电路的可靠性和圆片成品率 静电的来源 摩擦主要产生于 人员的动作 鞋与地板 衣服间的摩擦 操作动作产生的摩擦等 硅片与夹具 硅片与片舟 片舟与片盒 器具与工作台 设备手臂移动硅片等 车间的摩擦无所不在 无时不有 如果产生的静电积累于硅片 对产品有致命的影响 所以 车间使用的材料和器具必须可以防静电产生或者可以有效释放静电 四 结论 一 集成电路芯片制造具有投资大 技术复杂 工艺流程长等特点 从客户 工艺技术和成本的角度分析 提高产品的成品率尤其重要 二 产品的可靠性和圆片成品率受硅片的缺陷 化学品材料的物理化学特性 特气的纯度 颗粒 金属离子 静电等方面因素的影响 三 材料的供