半导体制程简介.课件

1、半導體製程簡介 部 門 ASI / EOL 報告人 Saint Huang第1页，共61页。半導體製造流程晶圓製造封裝晶圓針測測試Front-EndBack-End晶粒(Die)成品第2页，共61页。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.半導體測試第3页，共61页。I.晶圓製造第4页，共61页。晶圓製造流程單晶生長多晶矽原料製造晶圓成形晶圓材料第5页，共61页。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,間接能階之結構第6页，

2、共61页。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(99.99%)高溫電弧爐還原無水氯化氫蒸餾純化氫氣還原及CVD法敲碎第7页，共61页。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) 第8页，共61页。長晶程序(柴式長晶法)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)晶體晶冠頸部尾

3、部第9页，共61页。柴氏長晶法示意圖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第10页，共61页。單晶成長流程圖抽真空測漏氣率 (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)第11页，共61页。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第12页，共61页。晶圓切片(Slicing)Single crystal rodWafer第13页，共61页。晶圓切片流程晶棒黏著切片晶圓清洗規格檢驗 內徑切割機第14页，共61页。晶邊圓

4、磨（Edge contouring）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第15页，共61页。輪磨示意圖晶圓真空吸盤鑽石砂輪第16页，共61页。晶面研磨(Lapping)去除鋸痕與破壞層平坦化(降低粗糙度)第17页，共61页。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,氫氧化鉀第18页，共61页。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

5、)第19页，共61页。晶圓清潔(Cleaning)(一)SC-1(RCA standard clean 1)化學品:NH4OH,H2O2,H2O目的:清除微粒子SC-2(RCA standard clean 2)化學品:HCl, H2O2,H2O目的:清除金屬粒子第20页，共61页。晶圓清潔(Cleaning)(二)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:清除表層氧化物第21页，共61页。II.晶圓處理第22页，共61页。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第23页，共

6、61页。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 + O2 SiO2濕式氧化法 Si + 2H2O SiO2 + 2H2第24页，共61页。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,半導體材料第25页，共61页。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第26页，共61页。物理氣相沉積 - 濺鍍(Sputtering)晶片濺鍍源正電極負電極電漿濺鍍機第27页，共61页。化學氣相沉積(a)氣體

7、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第28页，共61页。微影製程(Photolithography)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第29页，共61页。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,不溶於顯影劑第30页，共61页。光阻塗佈第31页，共61页。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,目前工業所用光罩第32页，共61页。曝光概念圖

8、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第33页，共61页。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第34页，共61页。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加速器離子植入機離子束晶片離子植入法示意圖第35页，共61页。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)晶圓光罩曝光(A)(B)第36页，共61页。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

9、離子植入晶圓參雜物薄膜晶圓(C)(D)(E)(F)第37页，共61页。IC製程簡圖(三)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)金屬層第38页，共61页。III.晶圓針測第39页，共61页。晶圓針測示意圖探針卡針測機第40页，共61页。晶圓針測流程圖晶圓生產Wafer processing封裝Packaging晶圓針測Circuit Probing 1晶圓針測Circuit Probing 2雷射修補Laser Repair第41页，共61页。IV.半導體構裝第42页，共61页。電能電能訊號訊號散熱散熱構裝之目的電能傳遞訊號傳遞散熱結構保護與支持第43页，共61

10、页。構裝的分類(一)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)第44页，共61页。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(Surface Mount Technology)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 PGAQFPZIPDIP第45页，共61页。構裝的名稱與應用第46页，共61页。構裝之演

11、化及趨勢SK-DIPZIPDIPTSOPSSOPSOJSOPSh-DIPPGABGASTZIPQFPTQFP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第47页，共61页。晶片切割(Die Saw)黏晶(Die Bond)銲線(Wire Bond)塑膠構裝打線接合製程(一)第48页，共61页。封膠(Mold)剪切(Trim)成形(Form)印字(Mark)塑膠構裝打線接合製程(二)第49页，共61页。電路連線技術打線接合(Wire Bonding)捲帶自動接合(Tape Automated Bonding, TAB)覆晶接合(Flip Chip, FC)第50页，共61页

12、。打線接合技術導線架第51页，共61页。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第52页，共61页。覆晶接合技術晶片基板銲錫凸塊第53页，共61页。各連線技術之應用範圍1101001,00010,000100,000連線技術晶片I/O數打線接合TABFlip Chip25760016,000第54页，共61页。V.半導體測試第55页，共61页。半導體測試流程FT1封裝FT2Burn InMarkScan彎腳調整烘烤包裝電性抽測FT3電性抽測電性抽測第56页，共61页。半導體測試簡介(一)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第57页，共61页。半導體測試簡介(二)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With 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)第58页，共61页。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,高溫及寫入監控炙燒: