半导体制程简介

1、 部 門 ASI / EOL 報告人 Saint Huang晶圓製造封裝晶圓針測測試Front-EndBack-End晶粒(Die)成品I. 晶圓製造II.晶圓處理III.晶圓針測IV.半導體構裝V.半導體測試單晶生長多晶矽原料製造晶圓成形晶圓材料分類: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(99.99%)高溫電弧爐還原無水氯化氫蒸餾純化氫氣還原及

2、CVD法敲碎柴氏長晶法 : 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) 矽金屬及摻雜質的融化(Meltdown)頸部成長(Neck Growth)晶冠成長(Crown Growth)晶體成長(Body Growth)尾部成長(Tail Growth)晶體晶體晶冠晶冠頸部頸部尾部尾部充入鈍氣上拉旋轉加熱線圈坩堝晶種頸部晶冠晶體熔融矽抽真空測漏氣率 (1 hr)坩堝加熱融化多晶矽塊(7hrs)等待穩定平衡(2 hrs)頸部成長 (1 hr)晶冠成長 (2 hrs)晶體成長(30 hrs)尾部成長 (5 hrs)冷卻(4 hrs)晶邊研磨長晶

3、外徑研磨與平邊切片晶圓研磨化學蝕刻拋光清洗檢驗Single crystal rodWafer晶棒黏著切片晶圓清洗規格檢驗 內徑切割機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晶圓真空吸盤鑽石砂輪去除鋸痕與破壞層平坦化(降低粗糙度)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SC-1(RCA standard clean 1)化學品:NH4OH,H

4、2O2,H2O目的:清除微粒子SC-2(RCA standard clean 2)化學品:HCl, H2O2,H2O目的:清除金屬粒子SPM(Piranha Clean)化學品:H2SO4,H2O2目的:清除有機物質DHF(Dilute HF Clean)化學品:HF,H2O目的:清除表層氧化物微影製程薄膜沉積蝕刻氧化反應摻雜金屬化製程目的: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 + O2 SiO2濕式氧化法& Si + 2H2O SiO2 + 2H2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

5、體材料,半導體材料A接真空系統蒸鍍室晶片與晶座蒸鍍源坩堝加熱晶片濺鍍源正電極負電極電漿濺鍍機(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去水烘烤去除光阻光阻塗佈軟烤曝光曝光後烘烤顯影硬烤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,目前工業所用光罩晶座晶片光罩接觸式鏡子光源過濾器聚集鏡片光罩縮影鏡片晶片投影式目的:

6、 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加速器離子植入機離子束晶片離子植入法示意圖離子植入法示意圖晶圓二氧化矽 (SiO2) 光阻(Photoresist)氧化反應,薄膜沉積及光阻塗佈薄膜(Si3N4)晶圓光罩曝光(A)(B)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晶圓(C)(D)(E)(F)金屬沉積微影製程金屬蝕刻去除光阻晶圓晶圓晶圓晶圓(G)(H)(I)(J)金屬層探針卡針測機晶圓生產Wafer processing封裝Packaging晶圓針測

7、Circuit Probing 1晶圓針測Circuit Probing 2雷射修補Laser Repair電能電能訊號訊號散熱散熱電能傳遞訊號傳遞散熱結構保護與支持依IC晶片數目：&SCP(Single Chip Packages)&MCM (Multi-chip Chip Mudule)依密封材質：&塑膠(Plastic Packages)&陶瓷(Cermic Packages)與電路板接合方式：&引角插入型(Pin-Through-Hole)&表面粘著型(Surface Mount Technology)依引腳分布型態：&單邊引腳：

8、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 PGAQFPZIPDIP構 裝 型 態構 裝 名 稱常 見 應 用 產 品Single In-L inePackage(SIP)Pow er TransistorD ual In-L inePackage(D IP )R A M , R O M ,E PR O M ,E E PR O M ,M icrocontroller D R A M ,SR A MZ ig-Z ag In-L inePackage(Z IP )L inear, L ogic, D R A M , SR

9、 A MS m all O utlinePackage(SO P)256K D R A M , R O M , SR A M ,E E PR O M ,Plastic L eaded C hipC arrier(PL C C )E E PR O M ,F L A SHM icrocontrollerS m all O utlinePackage(SO J)D R A M , SR A M , E PR O M ,Q uad Flat Package(Q FP)M icroprocessorPin G rid A rray(PG A )M icroprocessorSK-DIPZIPDIPTSO

10、PSSOPSOJSOPSh-DIPPGABGASTZIPQFPTQFP高密度模組 高功能高功能 高高引引腳腳數數薄型薄型、小型小型、輕量化輕量化多晶片組合晶片型構裝晶片切割(Die Saw)黏晶(Die Bond)銲線(Wire Bond)封膠(Mold)剪切(Trim)成形(Form)印字(Mark)打線接合(Wire Bonding)捲帶自動接合(Tape Automated Bonding, TAB)覆晶接合(Flip Chip, FC)導線架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晶片基板銲錫凸塊1101001,00010,000100,000連線技術晶片I/O數打線接合

11、TABFlip Chip25760016,000FT1封裝FT2Burn InMarkScan彎腳調整烘烤包裝電性抽測FT3電性抽測電性抽測FT1(Final Test 1):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Advantest 5336炙燒(Burn In):&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210310410510610With Burn-InWithout Burn-In工作時間(Hours)失敗率早夭期有效壽命期衰老期 浴缸曲線(Bathtub Curve)炙燒方式:靜態炙燒: 高電壓,高溫動態炙燒: 高電壓,高溫及