半导体制程概论

1、半导体制程概论Hong Xiao, Ph. D.1第1页，共53页，2022年，5月20日，1点40分，星期二Hong Xiao, Ph. D.2目標定義極解釋良率的重要性描述無塵室的基本佈局圖.解釋無塵室協議規範的重要性列出在積體電路製程的四種基本操作方式列出至少六種在積體電路生產廠房內的製程區間名稱解釋晶片封裝的目的描述標準的打線接合製程與覆晶接合製程第2页，共53页，2022年，5月20日，1点40分，星期二Hong Xiao, Ph. D.3積體電路生產流程材料設計光罩積體電路生產廠房測試 封裝最後測試加熱製程微影製程離子佈植與光阻剝除 金屬化化學機械研磨介電質沉積晶圓蝕刻與光阻剝除第

2、3页，共53页，2022年，5月20日，1点40分，星期二Hong Xiao, Ph. D.4生產廠房的成本生產廠房的成本非常高，八吋晶圓的生產廠房成本 $1B無塵室設備, 每一項工具經常 $1M材料, 高純度, 超高程度設施人員, 訓練和薪酬第4页，共53页，2022年，5月20日，1点40分，星期二Hong Xiao, Ph. D.5晶圓良率第5页，共53页，2022年，5月20日，1点40分，星期二Hong Xiao, Ph. D.6晶粒良率第6页，共53页，2022年，5月20日，1点40分，星期二Hong Xiao, Ph. D.7封裝良率第7页，共53页，2022年，5月20日，1

3、点40分，星期二Hong Xiao, Ph. D.8整體的良率YT = YWYDYC 整體的良率可以決定一間生產工廠是賺前還是賠錢第8页，共53页，2022年，5月20日，1点40分，星期二Hong Xiao, Ph. D.9生產廠房為何賺(賠)錢成本: 晶圓 (8”): $150/晶圓*處理: $1200 ($2/晶圓/步驟, 600步驟)封裝: $5/晶片銷售:200 晶片/晶圓$50/晶片 ( 2000年的低階處理器)*晶圓成本, 每片晶圓的晶片數,以及晶片價格的變動 ,此處的數字是隨機一般獲得的資訊第9页，共53页，2022年，5月20日，1点40分，星期二Hong Xiao, Ph.

4、 D.10生產工廠如何賺 (賠 ) 錢100% 良率: 150+1200+1000 = $2350/晶圓50% 良率: 150+1200+500 = $1850/晶圓0% 良率: 150+1200 = $1350/晶圓100%良率: 20050 = $10,000/晶圓50%良率: 10050 = $5,000/晶圓0%良率: 050 = $0.00/晶圓100%良率: 10000 - 2350 = $7650/晶圓50%良率: 5000 - 1850 = $3150/wafer0%良率: 0 - 1350 = $1350/晶圓成本:銷售:獲利空間:第10页，共53页，2022年，5月20日，

5、1点40分，星期二Hong Xiao, Ph. D.11Question假如積體電路製造的每一道製程步驟的晶粒良率都是99%，而且共有600道製程步驟，試問整體的晶粒良率是多少?第11页，共53页，2022年，5月20日，1点40分，星期二Hong Xiao, Ph. D.12解答相當於99% 自乘600 次0.99600 = 0.0024 = 0.24%幾乎沒有良率可言!第12页，共53页，2022年，5月20日，1点40分，星期二Hong Xiao, Ph. D.13生產量可以生產的晶圓數量生產工廠: 晶圓 / 月 (典型值 10,000)工具:晶圓 / 小時 (典型值 60)高良率, 高

6、產量 第13页，共53页，2022年，5月20日，1点40分，星期二Hong Xiao, Ph. D.14缺陷與良率第14页，共53页，2022年，5月20日，1点40分，星期二Hong Xiao, Ph. D.15良率和晶粒尺寸Y = 28/32 = 87.5%Y = 2/6 = 33.3%殺手缺陷第15页，共53页，2022年，5月20日，1点40分，星期二Hong Xiao, Ph. D.16晶圓產品的解說晶粒第16页，共53页，2022年，5月20日，1点40分，星期二Hong Xiao, Ph. D.17晶圓產品的解說切割道晶粒測試結構第17页，共53页，2022年，5月20日，1点

7、40分，星期二Hong Xiao, Ph. D.18無塵室低粒子數的人造環境最初的無塵室是為了醫院手術房而建的粒子是良率的殺手 積體電路製造必須在無塵室中進行第18页，共53页，2022年，5月20日，1点40分，星期二Hong Xiao, Ph. D.19無塵室最初的無塵室是為了醫院手術房而建的1950年之後半導體工業採用本項技術越小的圖形尺寸就需要純淨度更高的無塵室粒子數越少，造價越高第19页，共53页，2022年，5月20日，1点40分，星期二Hong Xiao, Ph. D.20無塵室等級等級 10：每立方英尺內其直徑大於0.5微米的微粒數目必須小於10顆 等級 1 ：每立方英尺內其直

8、徑大於0.5微米的微粒數目必須小於1顆0.18 mm 元件需要高於等級1以上的無塵室第20页，共53页，2022年，5月20日，1点40分，星期二Hong Xiao, Ph. D.21無塵室等級0.1110100100010000100000Class 100,000Class 10,000Class 1,000Class 100Class 10Class 1粒子總數 / 立方英尺0.11.010以微米為單位的粒子尺寸Class M-1第21页，共53页，2022年，5月20日，1点40分，星期二Hong Xiao, Ph. D.22依聯邦標準209E定義所制定之空氣含微粒子的潔凈等級表等級粒

9、子 / 立方英尺0.1 mm0.2 mm0.3 mm0.5 mm5 mmM-19.82.120.8650.281357.53110350753010100750300100100010007100001000070第22页，共53页，2022年，5月20日，1点40分，星期二Hong Xiao, Ph. D.23光罩上粒子污染效應光罩上的粒子正光阻上的殘留物負光阻上的洞孔薄膜薄膜基片基片第23页，共53页，2022年，5月20日，1点40分，星期二Hong Xiao, Ph. D.24粒子污染的效應局部佈植的接面微粒離子束光阻屏蔽氧化層光阻中的摻雜物第24页，共53页，2022年，5月20日，

10、1点40分，星期二Hong Xiao, Ph. D.25無塵室結構製程區設備區 1000級設備區 1000級孔狀框型高架地板回風HEPA過濾網風扇幫浦、電力供應系統製程工具製程工具補充空氣補充空氣1 級第25页，共53页，2022年，5月20日，1点40分，星期二Hong Xiao, Ph. D.26最少化微粒環境等級1000的無塵室, 較低的成本董事長會議室的安排方式,製程和設備之間無牆面阻隔 在晶圓和製程工具的周圍環境較等級1佳製程工具間晶圓轉移自動化第26页，共53页，2022年，5月20日，1点40分，星期二Hong Xiao, Ph. D.27最少化微粒環境的無塵室設備區 1000級

11、設備區 1000級孔狀框型高架地板回風HEPA過濾網風扇幫浦、電力供應系統製程工具補充空氣補充空氣製程工具HEPA過濾網 1 級第27页，共53页，2022年，5月20日，1点40分，星期二Hong Xiao, Ph. D.28更衣區無塵衣掛架長椅手套、髮套和鞋套架棄物箱刷洗 / 清潔位置儲物區手套架手套架入口往無塵室第28页，共53页，2022年，5月20日，1点40分，星期二Hong Xiao, Ph. D.29積體電路製程流程圖微影技術薄膜成長、沉積，且(或)化學機械研磨蝕刻光阻剝除光阻剝除離子佈植快速高溫回火或擴散第29页，共53页，2022年，5月20日，1点40分，星期二Hong

12、Xiao, Ph. D.30半導體生產工廠的平面圖製程區間更衣區走道設備區拉門服務區第30页，共53页，2022年，5月20日，1点40分，星期二Hong Xiao, Ph. D.31半導體生產工廠基本平面圖更衣區緊急出口服務區製程和度量工具第31页，共53页，2022年，5月20日，1点40分，星期二Hong Xiao, Ph. D.32濕式製程乾燥蝕刻、光阻塗佈或清洗沖洗第32页，共53页，2022年，5月20日，1点40分，星期二Hong Xiao, Ph. D.33中心帶區平帶區距離溫度加熱線圈石英管氣流晶圓水平爐管第33页，共53页，2022年，5月20日，1点40分，星期二Hong

13、 Xiao, Ph. D.34垂直爐管製程反應室晶圓塔狀承座加熱器第34页，共53页，2022年，5月20日，1点40分，星期二Hong Xiao, Ph. D.35軌道步進機整合示意圖加熱平台底層塗佈反應室冷卻平台冷卻平台自旋塗佈站顯影站步進機晶圓移動方向晶圓第35页，共53页，2022年，5月20日，1点40分，星期二Hong Xiao, Ph. D.36具備蝕刻和光阻剝除反應室的群集工具轉換室光阻剝除反應室裝載站蝕刻反應室光阻剝除反應室蝕刻反應室卸載站機械手臂第36页，共53页，2022年，5月20日，1点40分，星期二Hong Xiao, Ph. D.37具備介電質化學氣相沉積(CVD

14、)及回蝕刻反應室的群集工具轉換室裝載站PECVD反應室O3-TOES 反應室卸載站機械手臂Ar 離子濺射室第37页，共53页，2022年，5月20日，1点40分，星期二Hong Xiao, Ph. D.38具有氣相沉積(PVD)反應室的群集工具轉換室裝載站Ti/TiN反應室AlCu反應室卸載站機械手臂AlCu反應室Ti/TiN反應室第38页，共53页，2022年，5月20日，1点40分，星期二Hong Xiao, Ph. D.39乾進、乾出多研磨頭的化學機械研磨(CMP)系統晶圓裝載及等待位置CMP後段清潔位置清洗位置乾燥及晶圓卸載位置多研磨頭研磨機研磨襯墊清潔機台研磨頭第39页，共53页，2

15、022年，5月20日，1点40分，星期二Hong Xiao, Ph. D.40製程區和設備區製程區設備區設備區製程工具電腦桌與度量工具桌服務區拉門晶圓裝載門第40页，共53页，2022年，5月20日，1点40分，星期二Hong Xiao, Ph. D.41測試結果失效晶粒第41页，共53页，2022年，5月20日，1点40分，星期二Hong Xiao, Ph. D.42晶片接合結構矽晶片晶片背面金屬化焊接材料基片金屬化基片(金屬或陶瓷)微電子元件和電路融熔及凝固第42页，共53页，2022年，5月20日，1点40分，星期二Hong Xiao, Ph. D.43打線接合製程金屬線形成融熔金屬球接

16、合墊片接合墊片接合墊片緊壓使之連結接合墊片打線頭退返線夾第43页，共53页，2022年，5月20日，1点40分，星期二Hong Xiao, Ph. D.44打線接合製程引線接合墊片接合墊片引線施壓及加熱使金屬線連結引線線夾閉合加熱以截斷金屬線第44页，共53页，2022年，5月20日，1点40分，星期二Hong Xiao, Ph. D.45帶有接合墊片的積體電路晶片接合墊片第45页，共53页，2022年，5月20日，1点40分，星期二Hong Xiao, Ph. D.46IC晶片封裝引線端晶片接合墊片第46页，共53页，2022年，5月20日，1点40分，星期二Hong Xiao, Ph. D.47具有金屬凸塊的積體電路晶片凸塊第47页，共53页，2022年，5月20日，1点40分，星期二Hong Xiao, Ph. D.48覆晶封裝晶片凸塊插座引線端第48页，共53页，2022年，5月20日，1点40分，星期二Hong Xiao, Ph. D.49凸塊接觸晶片凸塊插座引線端第49页，共53页，2022年，5月20日，1点40分，星期二Hong Xiao, Ph. D.50加熱和凸塊融熔晶片凸塊插座引線端第50页，共53页，2022年，5月20日，1点40分