半导体制程简介PPT课件讲义教材

半导体制程简介半导体制造流程晶圆制造封装晶圆针测测试Front-EndBack-End晶粒(Die)成品半导体制程分类I.晶圆制造II.晶圆处理III.晶圆针测IV.半导体构装V.半导体测试I.晶圆制造晶圆制造流程

单晶生长多晶硅原料制造晶圆成形晶圆材料晶圆材料分类:元素半导体:硅,锗化合物半导体:碳化硅(SiC),砷化镓(GaAs)硅的优缺点:优点:存量丰富,无毒,稳定之氧化钝态层,制造成本低缺点:电子流动率低,间接能阶之结构多晶硅原料制造(西门子法)硅砂+碳(SiO2)低纯度硅(冶金级硅,98%)氯硅化合物(SiHCl3….)SiHCl3多晶硅棒3-7cm块状硅块(99.9…9%)高温电弧炉还原无水氯化氢蒸馏纯化氢气还原及CVD法敲碎单晶生长技术柴氏长晶法:82.4%磊晶法:14.0%浮融带长晶法:3.3%其它:0.2%(1993年市场占有率)长晶程序(柴式长晶法)硅金属及掺杂质的融化(Meltdown)颈部成长(NeckGrowth)晶冠成长(CrownGrowth)晶体成长(BodyGrowth)尾部成长(TailGrowth)晶体晶冠颈部尾部柴氏长晶法示意图充入钝气上拉旋转加热线圈坩埚晶种颈部晶冠晶体熔融硅单晶成长流程图抽真空测漏气率(1hr)坩埚加热融化多晶硅块(7hrs)等待稳定平衡(2hrs)颈部成长(1hr)晶冠成长(2hrs)晶体成长(30hrs)尾部成长(5hrs)冷却(4hrs)晶柱后处理流程晶边研磨长晶外径研磨与平边切片晶圆研磨化学蚀刻抛光清洗检验晶圆切片(Slicing)SinglecrystalrodWafer晶圆切片流程晶棒黏着切片晶圆清洗规格检验

内径切割机晶边圆磨（Edgecontouring）目的防止晶圆边缘碎裂防止热应力之集中增加光阻层在边缘之平坦度方式轮磨化学蚀刻晶面抹磨轮磨示意图晶圆真空吸盘钻石砂轮晶面研磨(Lapping)去除锯痕与破坏层平坦化(降低粗糙度)化学蚀刻(Etching)目的:去除加工应力所造成之损伤层,以提供更洁净平滑表面蚀刻液种类酸系:氢氟酸,硝酸,醋酸混合碱系:氢氧化钠,氢氧化钾以研磨剂中之NaOH,KOH,NH4OH腐蚀最表层,由机械磨擦进行抛光边缘抛光降低微粒附着增加机械强度表面抛光去除微缺陷平坦化晶圆晶圆抛光(Polishing)晶圆清洁(Cleaning)(一)SC-1(RCAstandardclean1)化学品:NH4OH,H2O2,H2O目的:清除微粒子SC-2(RCAstandardclean2)化学品:HCl,H2O2,H2O目的:清除金属粒子晶圆清洁(Cleaning)(二)SPM(PiranhaClean)化学品:H2SO4,H2O2目的:清除有机物质DHF(DiluteHFClean)化学品:HF,H2O目的:清除表层氧化物II.晶圆处理晶圆处理流程微影制程薄膜沉积蚀刻氧化反应掺杂金属化制程氧化反应(Oxidation)目的:获得SiO2层(如场氧化层)做为组件绝缘体材料方法:干式氧化法

Si+O2SiO2湿式氧化法

Si+2H2OSiO2+2H2薄膜沉积(Deposition)物理气相沉积(PVD)主要应用范围:金属材料化学气相沉积(CVD)主要应用范围:介电材料,导体材料,半导体材料物理气相沉积--蒸镀(Evaporation)A接真空系统蒸镀室芯片与晶座蒸镀源坩埚加热物理气相沉积--溅镀(Sputtering)

芯片溅镀源正电极负电极电浆溅镀机化学气相沉积(a)气体扩散(b)反应物被吸附(c)化学反应与沉积(d)未参与物脱离(e)未参与物抽离主气流界面边界层微影制程(Photolithography)去水烘烤去除光阻光阻涂布软烤曝光曝光后烘烤显影硬烤光阻光阻材料及作用树脂:黏合剂感光材料:光活性强之化合物溶剂:使光阻以液体方式存在分类:正光阻:遇光溶于显影剂负光阻:产生链结,使结构增强,不溶于显影剂光阻涂布曝光接触式曝光:分辨率好,但光罩易被污染近接式曝光:光罩不被污染,但分辨率降低投影式曝光:分辨率佳,且光罩不被污染,目前工业所用光罩曝光概念图晶座芯片光罩接触式镜子光源过滤器聚集镜片光罩缩影镜片芯片投影式蚀刻(Etching)目的:除去微影制程中没被光阻覆盖部份的薄膜蚀刻技术:干式蚀刻湿式蚀刻底材薄膜光阻掺杂(Doping)目的:增加导电性如N型半导体加入砷离子,P型半导体加入硼离子常用方法扩散法离子植入法加速器离子植入机离子束芯片离子植入法示意图IC制程简图(一)晶圆二氧化硅(SiO2)

光阻(Photoresist)氧化反应,薄膜沉积及光阻涂布薄膜(Si3N4)晶圆光罩曝光(A)(B)IC制程简图(二)晶圆晶圆二氧化硅已显影光阻蚀刻去除光阻显影离子植入晶圆参杂物薄膜晶圆(C)(D)(E)(F)IC制程简图(三)金属沉积微影制程金属蚀刻去除光阻晶圆晶圆晶圆晶圆(G)(H)(I)(J)金属层III.晶圆针测晶圆针测示意图探针卡针测机晶圆针测流程图晶圆生产Waferprocessing封装Packaging晶圆针测CircuitProbing1晶圆针测CircuitProbing2雷射修补LaserRepairIV.半导体构装电能电能讯号讯号散热散热构装之目的电能传递讯号传递散热结构保护与支持构装的分类(一)依IC芯片数目：SCP(SingleChipPackages)MCM(Multi-chipChipMudule)依密封材质：塑胶(PlasticPackages)陶瓷(CermicPackages)构装的分类(二)与电路板接合方式：引角插入型(Pin-Through-Hole)表面粘着型(SurfaceMountTechnology)依引脚分布型态：单边引脚：交叉引脚式ZIP

双边引脚：双列式DIP四边引脚：四边扁平构装QFP底部引脚：针格式PGBPGAQFPZIPDIP构装的名称与应用构装之演化及趋势SK-DIPZIPDIPTSOPSSOPSOJSOPSh-DIPPGABGASTZIPQFPTQFP高密度模块

高功能

高引脚数薄型、小型、轻量化多芯片组合芯片型构装芯片切割(DieSaw)黏晶(DieBond)焊线(WireBond)塑料构装打线接合制程(一)封胶(Mold)剪切(Trim)成形(Form)印字(Mark)塑料构装打线接合制程(二)电路联机技术打线接合(WireBonding)卷带自动接合(TapeAutomatedBonding,TAB)覆晶接合(FlipChip,FC)打线接合技术导线架卷带自动接合技术卷带之基本架构传动孔外引脚孔内引脚外引脚芯片高分子卷带覆晶接合技术芯片基板焊锡凸块各联机技术之应用范围1101001,00010,000100,000联机技术芯片I/O数打线接合TABFlipChip25760016,000V.半导体测试半导体测试流程FT1封装FT2BurnInMarkScan弯脚调整烘烤包装电性抽测FT3电性抽测电性抽测半导体测试简介(一)FT1(FinalTest1):目的:找出封装不良品内容:简单电性测试(O/S),部份程序测试

测试机Advantest5336半导体测试简介(二)炙烧(BurnIn):目的:使IC处于高温(125度C),高电压(1.5倍正常操作电压)环境下,使潜在组件中的缺陷提早显现WithBurn-InWithoutBurn-In工作时间(Hours)失败率早夭期有效寿命期衰老期

浴缸曲线(BathtubCurve)半导体测试简介(三)炙烧方式:静态炙烧:高电压,高温动态炙烧:高电压,高温及写入监