半导体制程概论

半导体制程概论HongXiao,Ph.D.1第一页，共五十三页，2022年，8月28日HongXiao,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二页，共五十三页，2022年，8月28日HongXiao,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三页，共五十三页，2022年，8月28日HongXiao,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,訓練和薪酬第四页，共五十三页，2022年，8月28日HongXiao,Ph.D.5晶圓良率第五页，共五十三页，2022年，8月28日HongXiao,Ph.D.6晶粒良率第六页，共五十三页，2022年，8月28日HongXiao,Ph.D.7封裝良率第七页，共五十三页，2022年，8月28日HongXiao,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八页，共五十三页，2022年，8月28日HongXiao,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九页，共五十三页，2022年，8月28日HongXiao,Ph.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:第十页，共五十三页，2022年，8月28日HongXiao,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?第十一页，共五十三页，2022年，8月28日HongXiao,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!!第十二页，共五十三页，2022年，8月28日HongXiao,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,高產量第十三页，共五十三页，2022年，8月28日HongXiao,Ph.D.14缺陷與良率第十四页，共五十三页，2022年，8月28日HongXiao,Ph.D.15良率和晶粒尺寸Y=28/32=87.5%Y=2/6=33.3%殺手缺陷第十五页，共五十三页，2022年，8月28日HongXiao,Ph.D.16晶圓產品的解說晶粒第十六页，共五十三页，2022年，8月28日HongXiao,Ph.D.17晶圓產品的解說切割道晶粒測試結構第十七页，共五十三页，2022年，8月28日HongXiao,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十八页，共五十三页，2022年，8月28日HongXiao,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，造價越高第十九页，共五十三页，2022年，8月28日HongXiao,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：每立方英尺內其直徑大於0.5微米的微粒數目必須小於1顆0.18mm元件需要高於等級1以上的無塵室第二十页，共五十三页，2022年，8月28日HongXiao,Ph.D.21無塵室等級0.1110100100010000100000Class100,000Class10,000Class1,000Class100Class10Class1粒子總數/立方英尺0.11.010以微米為單位的粒子尺寸ClassM-1第二十一页，共五十三页，2022年，8月28日HongXiao,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

等級粒子/立方英尺0.1mm0.2mm0.3mm0.5mm5mmM-19.82.120.8650.28

1357.531

10350753010

100

750300100

1000

1000710000

1000070第二十二页，共五十三页，2022年，8月28日HongXiao,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二十三页，共五十三页，2022年，8月28日HongXiao,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二十四页，共五十三页，2022年，8月28日HongXiao,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級第二十五页，共五十三页，2022年，8月28日HongXiao,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二十六页，共五十三页，2022年，8月28日HongXiao,Ph.D.27最少化微粒環境的無塵室設備區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補充空氣補充空氣製程工具HEPA過濾網<1級第二十七页，共五十三页，2022年，8月28日HongXiao,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二十八页，共五十三页，2022年，8月28日HongXiao,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二十九页，共五十三页，2022年，8月28日HongXiao,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三十页，共五十三页，2022年，8月28日HongXiao,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三十一页，共五十三页，2022年，8月28日HongXiao,Ph.D.32濕式製程乾燥蝕刻、光阻塗佈或清洗沖洗第三十二页，共五十三页，2022年，8月28日HongXiao,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三十三页，共五十三页，2022年，8月28日HongXiao,Ph.D.34垂直爐管製程反應室晶圓塔狀承座加熱器第三十四页，共五十三页，2022年，8月28日HongXiao,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三十五页，共五十三页，2022年，8月28日HongXiao,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三十六页，共五十三页，2022年，8月28日HongXiao,Ph.D.37具備介電質化學氣相沉積(CVD)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離子濺射室第三十七页，共五十三页，2022年，8月28日HongXiao,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反應室第三十八页，共五十三页，2022年，8月28日HongXiao,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三十九页，共五十三页，2022年，8月28日HongXiao,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四十页，共五十三页，2022年，8月28日HongXiao,Ph.D.41測試結果失效晶粒第四十一页，共五十三页，2022年，8月28日HongXiao,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四十二页，共五十三页，2022年，8月28日HongXiao,Ph.D.43打線接合製程金屬線形成融熔金屬球接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四十三页，共五十三页，2022年，8月28日HongXiao,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四十四页，共五十三页，2022年，8月28日HongXiao,Ph.D.45帶有接合墊片的積體電路晶片接合墊片第四十五页，共五十三页，2022年，8月28日HongXiao,Ph.D.46IC晶片封裝引線端晶片接合墊片第四十六页，共五十三页，2022年，8月28日HongXiao,Ph.D.47具有金屬凸塊的積體電路晶片凸塊第四十七页，共五十三页，2022年，8月28日HongXiao,Ph.D.48覆晶封裝晶片凸塊插座引線端第四十八页，共五十三页，2022年，8月28日HongXiao,Ph.D.49凸塊接觸晶片凸塊插座引線端第四十九页，共五十三页，2022年，8月28日HongXiao,Ph.D.50加熱和凸塊融熔晶片凸塊插座引線端第五十页，共五十三页，2022年，8月28