半导体制程与研究介绍课件

1、半導體製程與陳柏頴研究介紹 簡報人：資工系 陳柏穎 教授單位：義守大學99年10月1日第1页，共45页。大綱壹、緣起貳、半導體製程 叁、陳柏頴近期研究介紹肆、結論第2页，共45页。壹、緣起 第3页，共45页。IC軟體 (Software)軔體 (Firmware)線寬持續縮小 (1) 增加功能(2) 更穩定(3) 更省電軟體語法會越來越接近(1)人類語法(2) 更有效率。軔體讓應用更(1)客製化 (2)品味化 (3) 差異化。資工議題: 系 統 網路、通訊 (Web, Comm.)網路讓應用更(1)及時 (2)快速 (3) 跨國。第4页，共45页。IC 硬體+軟體=賺錢平台第5页，共45页。貳

2、、半導體製程介紹第6页，共45页。 積體電路(Integration circuit, IC)是把電阻(R)、電容 (C)、電感 (L)、二極體(Bipolar, D)、電晶體 (T).等電 子元件整合做在一個晶方(chip)內稱之。問題三那在IC技術發展前如何將此五大基底整合在一起 ?以麵包板焊線與焊錫連結在一起第7页，共45页。積體電路 & 積木遊戲堆積木，是用幾種基本的小木塊 (基底木塊) 堆出複雜的作品；若基底木塊的種類愈多，作品愈有趣且多樣化；反之若只有一兩種，受限較多就難有吸引人的成果向量觀念類似堆積木。平面上任一向量 A 都可以用一組所謂的基底(basis)來表示，例如： = x

3、 軸和y 軸的單位向量 a、b = x、y軸上的分量 ：基底木塊 ； A：組合出來的作品 第8页，共45页。自從1958年第一顆IC被應用在第二代電腦以來, 後續的研 究發現,而這些電路如果作三度空間等比例的縮小其結果功能 相仿, 僅需調整電子通道在次表面(sub-micro)的電場結構 (architecture)作部份修正即可作到與上一代完全相同的功 能但積集度卻大幅增加的新世代 。第9页，共45页。 這個項重大發現造就一個明星產業就是半導體積體 電路, 而且從美國矽谷(silicon valley)一路往亞洲 的日本、韓國、臺灣有如雁鴉飛行路線般地在移動 且在各地都有開花結果。 問題五那

4、IC 技術如何被人類被找到 的 ?第10页，共45页。Gordon Moores Law第11页，共45页。Answer:以矽為基材之半導體技術第12页，共45页。What is silicon ? 矽有什麼優良特殊處 ?第13页，共45页。Zero LayerSTART OXZero Layer PHOTOZero Layer ETCHPR RemoveIC電子結構是一層一層加工 對準堆疊完成第14页，共45页。問題四有沒有一套理論可以及時反應問題 ?第15页，共45页。母體樣本抽樣樣本統計量推論母體參數抽樣誤差非抽樣誤差第16页，共45页。母體（Population）樣本（sample）由

5、於成本與時間的考，只抽取一部分的母體，用以推整個母體的特性。抽取樣本推母體第17页，共45页。Po-Ying Chen*, “Degradation of Gate Oxide Integrity by Formation of Tiny Holes by Metal Contamination during Wafering Process”, Jpn. Journal of Applied Physics, p. 8685-8690, SCI, N/M=50/94, IF: 2.85., IF: 2.47, (2008) citation: 3 2. 第18页，共45页。金氧半場效電晶體

6、(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)，縮寫為MOSFET。6. 材料厚度與均勻度第19页，共45页。Rough Si substrate - The gate dielectric layer roughness will reduce the electronic mobility. ee2.5V for 0.25um DR1.0V for 0.09 um DR6. 材料厚度與均勻度第20页，共45页。 - The flatness will result-in the patterning lose problem.7. 晶

7、片平坦度第21页，共45页。CMPStiff (Hard) Pad CMP ProcessPlanarization Length 7 - 10 mmOxideSiliconNanotopography Length5 mm for example - CMP process will induce nano-topography issue, and this problem will affect the device performance.7. 晶片平坦度 Preferentially thins surface films in raised nanotopography areas

8、.第22页，共45页。Improved Polishingpad optimizedTHA2: 17.7nm 9.3nm2x2mmTHA4:32.7nm 21.9nm10 x10mmImpact on Nano-topography7. 晶片平坦度第23页，共45页。Current density J (mA/cm2)050100150200250050001000015000Resistance ()IMCdominantCrackdominantResistance ()Current density J (mA/cm2)(a)(b)11.522.530200040006000第24页，共

9、45页。SiwaferWafer guideSiwaferWafer guideDrop toolSiwaferWafer guideSiwaferWafer guide第25页，共45页。第26页，共45页。第27页，共45页。第28页，共45页。原物料Raw Wafer COP大小分佈圖第29页，共45页。原物料Raw Wafer BMDBulk Micron Defect= Voids + O2第30页，共45页。BMD原物料Raw Wafer BMD第31页，共45页。BMD分佈原物料Raw Wafer BMD第32页，共45页。原物料Raw Wafer BMD第33页，共45页。原物

10、料Raw Wafer BMD第34页，共45页。原物料Raw Wafer BMD第35页，共45页。第36页，共45页。OmaxOrOmaxVoltageOrV(a)OmaxOrO(b)Distance(inch)Surface Charges Accumulation (V)204681012024681012X10R11. 靜電頓對IC製程的影響第37页，共45页。微機電半導體製程所製作的變速器。其齒輪減速比為12：1第38页，共45页。叁、陳柏頴近期研究介紹第39页，共45页。(1)第40页，共45页。呼出氣體可以判知人體心智、精神狀態精神狀態清醒瞌睡淺睡心智誠實說謊磁場非侵入式可微細化可程