Wafer制程及IC封装制程课件

报告人：Wendy,Wafer制程及IC,报告内容,前言Wafer制程IC封装制程,前言,IC制程,前道工序（1）晶圆片制造（2）晶圆制造,后道工序（1）晶圆测试（2）IC芯片封装及测试,Wafer制程,一、晶圆片制造,product,4step,3step,2step,1step,硅晶棒,切片,研磨,出厂准备,晶圆片,Wafer制程,1、单晶硅晶棒的制作将多晶硅熔解在石英炉中，然后依靠一根石英棒慢慢的拉出纯净的单晶硅棒。CZ法（Czochralski法，柴式長晶法）拉晶时，将特定晶向的晶种，浸入过饱和的纯硅熔汤中，并同时旋转拉出，硅原子便依照晶种晶向，乖乖地一层层成长上去，而得出所谓的晶棒FZ法（FloatingZone法，浮融長晶法）,Wafer制程,2(1)、单晶硅棒的切割（切片）从坩埚中拉出的晶柱，表面并不平整，经磨成平滑的圆柱后，并切除头尾两端锥状段，形成标准的圆柱，被切除或磨削的部份则回收重新冶炼。接着以以高硬度锯片或线锯将圆柱切成片状的晶圆(Wafer),Wafer制程,2(2)、单晶硅棒的切割（晶块的切割）切割刀线切割,线切割：损耗少、切割速度快，进而可以减少成本等，适用于大直径的晶圆,切割损耗0.6mm,切割损耗0.3mm,Wafer制程,3(1)、研磨1.晶边研磨将切割后片状晶圆的边缘以磨具研磨成光滑的圆弧形。防止边破碎；避免热应力集中；使光阻剂于表面均有分布。3(2).晶片研磨与蚀刻采用物理与化学的方法，除去切割或边磨所造成的锯痕或表面破坏层，同时使晶面表面达到可进行抛光处理的平坦度。,Wafer制程,4、出厂准备清洗：用各种高度洁净的清洗液与超音波处理，除去芯片表面的所有污染物质，使芯片达到可进行下一步加工的状态。检验：检查晶圆片表面清洁度、平坦度等各项规格，以确保品质符合顾客的要求。包装：使用合适的包装，使芯片处于无尘及洁净的状态，同时预防搬运过程中发生的振动使芯片受损,Wafer制程,二、晶圆制造,清洗,形成薄膜,光罩,蚀刻,扩散/离子植入,去光阻,热处理,微影,Wafer制程,1、光罩制程（1）、光罩：在制作IC的过程中，通过电脑辅助设计系统的协助，将电路工程师设计的电路，以电子束或镭射光曝光，将电路刻印在石英玻璃基板上，此时刻印电路的石英玻璃基板就称为光罩，晶圆厂通过光罩曝光将电路转移到晶圆上,Wafer制程,（2）光罩制造主要流程,空白片,光阻,铬膜,石英玻璃,曝光,电子束或镭射光,显影,显影液,蚀刻,去光阻,蚀刻液,石英玻璃,铬膜（线路图）,量测检验,Wafer制程,光罩品质特性与检验CD值（微距，单位um），一般指光罩图型的线宽大小图型及佈局确性（Pattern/Layout）缺陷（Defect）叠对性（Overlay）,Wafer制程,2、晶圆制造基本过程,垫底准备并涂上保护层,涂布光阻,光罩,光刻,去光阻,由於IC的電路是分多層製作在晶片上，故上述之流程會重複數次,磊晶,（1）晶圆清洗移除粒子，有机物质，金属，及原生氧化层避免晶片内电路形成短路或断路的现象,（2）磊晶在晶圆经过适当的清洗后，送到热炉管内，在含氧的环境中，以加热氧化的方式在晶圆表面形成一层SiO2层，增强半导体晶片的工作效能。,薄膜保护层形成,为制成不同的元件及集成电路，会在晶片上长不同的薄膜层，这些薄膜层可分为四类：热氧化层(thermaloxidelayer)介质层(dielectriclayer)硅晶聚合物(polysiliconlayer)金属层(metallayer)薄膜保护层形成技术：化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）、电化学气相沉积成膜。,化学气相沉积（CVD）,较为常见的的CVD薄膜有：二氧化硅、氮化硅、多晶硅耐火金属与这类金属的硅化物,物理气相沉积(PVD),电化学气相沉积,微影制程,原理：在晶片表面上覆上一层感光材料，透过光罩的图形，使晶片表面的感光材料进行选择性的感光。光学微影技术是一个图案化的制程，用紫外线把光罩设计好的图案转印在涂布晶圆表面的光阻上。光阻：亦称为光阻剂，是一个用在许多工业制程上的光敏材料。像是光刻技术，可以在材料表面刻上一个图案的被覆层。主要由树脂，感光剂，溶剂三种成分混合而成。正向光阻光影剂曝光后解离成小分子，溶解在有曝光的区域未曝光的区域变硬负向光阻显影剂溶解没有曝光的区域曝光的区域变硬,微影流程,晶圆清洁：去除氧化物、杂质、油脂和水分子光阻自旋涂布：形成一层厚度均匀的光阻层软烘烤：使光阻由原来的液态转变成固态的薄膜，并使光阻层对晶片表面的附着力增强曝光：利用光源透过关罩图案照射在光阻上，以实现图案的转移显影：将曝光后的光阻层以显影剂将光阻层所转移的图案显示出来硬烘烤：加强光阻的附着力，以便利于后续的制程,蚀刻制程,在半导体制程中，通过蚀刻将封光阻底下的薄膜或是基材进行选择性的蚀刻。（将某种材质从晶圆表面上移除，留下IC电路结构）湿式蚀刻利用化学溶液将未被光阻覆盖的区域去除干式蚀刻（电浆蚀刻）利用电浆离子来攻击晶片表面原子或是电浆离子与表面原子产生化合反应来达到移除薄膜的目的。电浆蚀刻法反应性离子蚀刻法,扩散/离子植入,扩散/离子植入是电晶体结构中一项相当重要的技术。因为硅晶中一般须加入电活性杂质原子（如三价的硼、五价的磷或砷）来控制半导体，形成PN结，改进材料的性质，提供特定的电气特性扩散目的：由外来的杂质，使原本单纯的半导体材料的键结形态和能隙产生变化，进而改变它的导电性离子植入杂质经高能量加速后射入晶圆表面，进入未屏障的区域,擴散與離子植入的比較,热处理,在离布佈植后必须有一段热处理的步骤，去除晶体中的缺陷或减低其密度。热处理通常在石英管惰性气体中进行。热处理温度一般在摄氏1100度以下。時間视消除缺陷及杂志分布的需要而定。回火(Annealing)接在离子植入法之后的过程高温炉管加热让晶格重整,晶圓针测(CP),晶圆测试：在完成晶圆制造程序后，为了避免封装材料及后段设备产能的浪费，在IC封装前进行晶圆针测，以将不良的晶圆事先排除。方法：利用极为精密的探针与晶片的电性接点（Pad）接触，通过探针界面卡将测试所需的讯号由测试机送进IC内，对应的IC输出讯号则传回测试机并依据测试程式来判断晶圆功能是否符合设计规格。通过晶圆测试的良品便进行下阶段的封装程序，而不合格的晶粒标上记号并于下一个制程晶片切割成晶粒后丢弃。,晶棒,图片来源：中德公司,IC封装制程,IC封装目的,现有的IC封装型式,IC封装流程,IC封装制程,一、IC封装的目的,保护IC热的去除讯号传输增加机械性质与可携带性,IC封装制程,二、现有的IC封装型式(1),IC封装制程,二、现有的IC封装型式(2),TO:TOPUP(TO92，TO251，TO252，TO263，TO220),SOT:SmallOutlineTransistor,WLCSP封装投入研发的厂商有FCT、Aptos、卡西欧、EPIC、富士通、三菱电子等。优点：缩小内存模块尺寸、提升数据传输速度与稳定性、无需底部填充工艺等。符合可携式产品轻薄短小的特性需求,IC封装制程,研磨/切割WaferSaw,上片DieAttach,焊线WireBond,压模Molding,印码Marking,电镀Plating,成型Trim/Form,总检Inspection,三、IC封装流程,包装Pack,晶圆研磨,晶片从背面磨至适当厚以配合产品结构和封装的需求。晶圆正面贴上UVtape，再以机械的方式对晶圆研背面进行研磨，至所需之晶圆厚，再以紫外线曝照胶带，使其由晶圆正面剥离取出。,晶圆切割,晶圆安装,切割,晶粒检查,上片准备,目的：将前段制程加工完成的晶圆上一颗颗晶粒切割由于晶与晶之間距很小，而且晶又相当脆弱，因此晶片割机精度要求相当高，切割的过程中会产生很多的小粉屑，因此在割過程中必須断地用纯水冲洗残屑，以避免污染到晶。,贴片,把芯片装配到管壳底座或框架上去。常用的方法：树脂粘结，共晶焊接，铅锡合金焊接等。上片要求：芯片和框架连接机械强度高，导热和导电性能好，装配定位准确，能满足自动键合的需要树脂粘结法：采用环氧树脂，酚醛，硅树脂等作为粘接剂，加入银粉作为导电用，再加入氧化铝粉填充料,焊线,等离子清洗,焊线准备,焊线作业,焊线检查,模压准备,模压前检查,*利用高纯度的金线（Au）、铜线（Cu）或铝线（Al）把Pad和Lead通过焊接的方法连接起来，以便实现晶粒之电路讯号与外部讯号通信*焊线检查：焊线断裂，焊线短路、焊线弯曲、焊线损伤*W/B是封装工艺中最为关键的一部工艺。,连接晶片与导线架示意图,压模,BeforeMolding,AfterMolding,等离子清洗,树脂回温,模压前L/F预热,磨面处理,模压检查,模压作业,模压后长烤,电镀准备,电镀准备,*为了防止外部环境的冲击，利用EMC把WireBonding完成后的产品封装起来的过程。EMC（塑封料）为黑色块状，低温存储，使用前需先回温。其特性为：在高温下先处于熔融状态，然后会逐渐硬化，最终成型。,压模过程,焊线完成之导线架预热,置于研磨机之封装模上,封闭封装模,灌胶,开模,印码,ink,laser,在产品的正面或背面显示出产品的型号、批次、生产日期、公司的logo等。作用：给予IC元件适当之辨识及提供可以追溯生产之记号。,电镀,BeforePlating,AfterPlating,利用金属和化学的方法，在Leadframe的表面镀上一层镀层，以防止外界环境的影响（潮湿和热）。并且使元器件在PCB板上容易焊接及提高导电性。电镀一般有两种类型：Pb-Free：无铅电镀，采用的是99.95%高纯度的锡（Tin），为目前普遍采用的技术Tin-Lead：铅锡合金。Tin占85%，Lead占15%，由于不符合Rohs，目前基本被淘汰,成型,去胶,去纬,去框,成型,（1）去胶（Dejuck）：是指利用机械磨具将脚间的费胶去除。即利用冲压的刀具（Punch）去除介于胶体（Package）与DamBar之间的多余的溢胶。,成型,（2）去纬（Trimming）：是指利用机械磨具将脚间金属连杆切除。,（3）去框（Singulation）：是指将已完成印章制程之LeadFrame以冲模的方式将TieBar切除，使Package与LeadFrame分开，以方便下一个制程作业。,切筋成型,切筋(Trim)：把塑封后的框架状态的制品分割成一个一个的IC成型(Form)：对Trim后的IC产品进