半导体制造技术(1).ppt

1、半导体制造技术,2020/8/16,一.概述,二.半导体生产工艺流程,三.成果与应用,一.概述,详细追述了半导体发展的历史并吸收了当今最新技术资料，全书共分20章，根据应用于半导体制造的主要技术分类来安排章节，包括与半导体制造相关的基础技术信息；总体流程图的工艺模型概况，用流程图将硅片制造的主要领域连接起来；具体讲解每一个主要工艺；集成电路装配和封装的后部工艺概况。此外，各章为读者提供了关于质量测量和故障排除的问题，这些都是会在硅片制造中遇到的实际问题。,！在这个地方加一张或者两张你说的图片！,二.工艺流程,衬底选择,光刻,晶圆处理,构装,测试,1.前段（FrontEnd）制程（典型的PN结隔

2、离的掺金TTL电路工艺流程）,1.衬底选择 10.cm111晶向,偏离2O5O P型Si 晶圆（晶片）晶圆（晶片）的生产由砂即（二氧化硅）开始，经由电弧炉的提炼还原成冶炼级的硅，再经由盐酸氯化，产生三氯化硅，经蒸馏纯化后，透过慢速分解过程，制成棒状或粒状的多晶硅。一般晶圆制造厂，将多晶硅融解后，再利用硅晶种慢慢拉出单晶硅晶棒。一支85公分长，重76.6公斤的8寸硅晶棒，约需2天半时间长成。经研磨、抛光、切片后，即成半导体之原料晶圆片 第一次光刻N+埋层扩散孔 1。减小集电极串联电阻 2。减小寄生PNP管的影响 外延层淀积 1。VPE（Vaporousphaseepitaxy)气相外延生长硅 S

3、iCl4+H2Si+HCl 2。氧化 TepiXjc+Xmc+TBL-up+tepi-ox 第二次光刻P+隔离扩散孔 在衬底上形成孤立的外延层岛,实现元件的隔离. 第三次光刻P型基区扩散孔 决定NPN管的基区扩散位置范围 第四次光刻N+发射区扩散孔 集电极和N型电阻的接触孔,以及外延层的反偏孔。 AlN-Si欧姆接触：ND1019cm-3， 第五次光刻引线接触孔 第六次光刻金属化内连线：反刻铝,2.晶圆处理,一、晶圆处理制程 晶圆处理制程之主要工作为在矽晶圆上制作电路与电子元件（如电晶体、电容体、逻辑闸等），为上述各制程中所需技术最复杂且资金投入最多的过程，以微处理器（Microprocess

4、or）为例，其所需处理步骤可达数百道，而其所需加工机台先进且昂贵，动辄数千万一台，其所需制造环境为为一温度、湿度与含尘（Particle）均需控制的无尘室（Clean-Room），虽然详细的处理程序是随著产品种类与所使用的技术有关；不过其基本处理步骤通常是晶圆先经过适当的清洗（Cleaning）之後，接著进行氧化（Oxidation）及沈积，最後进行微影、蚀刻及离子植入等反覆步骤，以完成晶圆上电路的加工与制作。 二、晶圆针测制程 经过WaferFab之制程後，晶圆上即形成一格格的小格，我们称之为晶方或是晶粒（Die），在一般情形下，同一片晶圆上皆制作相同的晶片，但是也有可能在同一片晶圆上制作不

5、同规格的产品；这些晶圆必须通过晶片允收测试，晶粒将会一一经过针测（Probe）仪器以测试其电气特性，而不合格的的晶粒将会被标上记号（InkDot），此程序即称之为晶圆针测制程（WaferProbe）。然後晶圆将依晶粒为单位分割成一粒粒独立的晶粒 後段（BackEnd）-后工序,3.构装,三、IC构装制程 IC構裝製程（Packaging）：利用塑膠或陶瓷包裝晶粒與配線以成積體電路目的：是為了製造出所生產的電路的保護層，避免電路受到機械性刮傷或是高溫破壞。 构装（Packaging）：IC構裝依使用材料可分為陶瓷（ceramic）及塑膠（plastic）兩種，而目前商業應用上則以塑膠構裝為主。以

6、塑膠構裝中打線接合為例，其步驟依序為晶片切割（diesaw）、黏晶（diemount/diebond）、銲線（wirebond）、封膠（mold）、剪切/成形（trim/form）、印字（mark）、電鍍（plating）及檢驗（inspection）等。,4.测试(1),测试制程（InitialTestandFinalTest） 1晶片切割（DieSaw） 2黏晶（DieBond） 黏晶之目的乃將一顆顆之晶粒置於導線架上並以銀膠（epoxy）黏著固定。黏晶完成後之導線架則經由傳輸設備送至彈匣（magazine）內，以送至下一製程進行銲線。 3銲線（WireBond） IC構裝製程（Packa

7、ging）則是利用塑膠或陶瓷包裝晶粒與配線以成積體電路（IntegratedCircuit；簡稱IC），此製程的目的是為了製造出所生產的電路的保護層，避免電路受到機械性刮傷或是高溫破壞。最後整個積體電路的周圍會向外拉出腳架（Pin），稱之為打線，作為與外界電路板連接之用。 4封膠（Mold） 封膠之主要目的為防止濕氣由外部侵入、以機械方式支持導線、內部產生熱量之去除及提供能夠手持之形體。其過程為將導線架置於框架上並預熱，再將框架置於壓模機上的構裝模上，再以樹脂充填並待硬化。,*,测试（2）,5剪切/成形（Trim/Form） 剪切之目的為將導線架上構裝完成之晶粒獨立分開，並把不需要的連接用材料

8、及部份凸出之樹脂切除（dejunk）。成形之目的則是將外引腳壓成各種預先設計好之形狀，以便於裝置於電路版上使用。剪切與成形主要由一部衝壓機配上多套不同製程之模具，加上進料及出料機構所組成。 6印字（Mark） 印字乃將字體印於構裝完的膠體之上，其目的在於註明商品之規格及製造者等資訊。 7檢驗（Inspection） 晶片切割之目的為將前製程加工完成之晶圓上一顆顆之檢驗之目的為確定構裝完成之產品是否合於使用。其中項目包括諸如：外引腳之平整性、共面度、腳距、印字是否清晰及膠體是否有損傷等的外觀檢驗。 8封装 制程处理的最后一道手续，通常还包含了打线的过程。以金线连接芯片与导线架的线路，再封装绝缘的

9、塑料或陶瓷外壳，并测试集成电路功能是否正常。,*,典型的测试和检验过程,1.芯片测试（wafersort） 2.芯片目检（dievisual） 3.芯片粘贴测试（dieattach） 4.压焊强度测试（leadbondstrength） 5.稳定性烘焙（stabilizationbake） 6.温度循环测试（temperaturecycle） 7.离心测试（constantacceleration） 8渗漏测试（leaktest）9.高低温电测试 9.高温老化（burn-in） 10.老化后测试（post-burn-inelectricaltest）,三.成果与应用,半导体器件产品: （1）晶

10、体二极管 晶体二极管的基本结构是由一块 P型半导体和一块N型半导体结合在一起形成一个 PN结。在PN结的交界面处，由于P型半导体中的空穴和N型半导体中的电子要相互向对方扩散而形成一个具有空间电荷的偶极层。这偶极层阻止了空穴和电子的继续扩散而使PN结达到平衡状态。当PN结的P端（P型半导体那边）接电源的正极而另一端接负极时，空穴和电子都向偶极层流动而使偶极层变薄，电流很快上升。如果把电源的方向反过来接，则空穴和电子都背离偶极层流动而使偶极层变厚，同时电流被限制在一个很小的饱和值内(称反向饱和电流)。因此，PN结具有单向导电性。此外，PN结的偶极层还起一个电容的作用，这电容随着外加电压的变化而变化

11、。在偶极层内部电场很强。当外加反向电压达到一定阈值时，偶极层内部会发生雪崩击穿而使电流突然增加几个数量级。利用PN结的这些特性在各种应用领域内制成的二极管有：整流二极管、检波二极管、变频二极管、变容二极管、开关二极管、稳压二极管（曾讷二极管）、崩越二极管（碰撞雪崩渡越二极管）和俘越二极管（俘获等离子体雪崩渡越时间二极管）等。此外，还有利用PN结特殊效应的隧道二极管，以及没有PN结的肖脱基二极管和耿氏二极管等。,*,（2）双极型晶体管 它是由两个PN结构成，其中一个PN结称为发射结，另一个称为集电结。两个结之间的一薄层半导体材料称为基区。接在发射结一端和集电结一端的两个电极分别称为发射极和集电极

12、。接在基区上的电极称为基极。在应用时，发射结处于正向偏置，集电极处于反向偏置。通过发射结的电流使大量的少数载流子注入到基区里，这些少数载流子靠扩散迁移到集电结而形成集电极电流，只有极少量的少数载流子在基区内复合而形成基极电流。集电极电流与基极电流之比称为共发射极电流放大系数?。在共发射极电路中，微小的基极电流变化可以控制很大的集电极电流变化，这就是双极型晶体管的电流放大效应。双极型晶体管可分为NPN型和PNP型两类。,*,（3）场效应晶体管它依靠一块薄层半导体受横向电场影响而改变其电阻（简称场效应），使具有放大信号的功能。这薄层半导体的两端接两个电极称为源和漏。控制横向电场的电极称为栅。根据栅

13、的结构,场效应晶体管可以分为三种：结型场效应管(用PN结构成栅极)；MOS场效应管（用金属-氧化物半导体构成栅极,见金属绝缘体半导体系统）；MES场效应管（用金属与半导体接触构成栅极）;其中MOS场效应管使用最广泛。尤其在大规模集成电路的发展中,MOS大规模集成电路具有特殊的优越性。MES场效应管一般用在GaAs微波晶体管上。,四.成果与应用,集成电路在生活中的应用 1.电视机用集成电路包括行、场扫描集成电路、中放集成电路、伴音集成电路、彩色解码集成电路、AV/TV转换集成电路、开关电源集成电路、遥控集成电路、丽音解码集成电路、画中画处理集成电路、微处理器（CPU）集成电路、存储器集成电路等。 2.音响用集成电路包括AM/FM高中频电路、立体声解码电路、音频前置放大电路、音频运算放大集成电路、音频功率放大集成电路、环绕声处理集成电路、电平驱动集成电路，电子音量控制集成电路、延时混响集成电路、电子开关集成电路等。 3.影碟机用集成电路有系