半導體製程簡介(PPT 61页).ppt

1、半導體製程簡介,部 門 ASI / EOL 報告人 Saint Huang,半導體製造流程,晶圓製造,封裝,晶圓針測,測試,Front-End,Back-End,晶粒(Die),成品,半導體製程分類,I. 晶圓製造 II.晶圓處理 III.晶圓針測 IV.半導體構裝 V.半導體測試,I.晶圓製造,晶圓製造流程,晶圓材料,分類: 元素半導體 : 矽,鍺 化合物半導體 : 碳化矽(SiC),砷化鎵(GaAs) 矽的優缺點 : 優點:存量豐富,無毒,穩定之氧化鈍態層,製造成本低 缺點:電子流動率低,間接能階之結構,多晶矽原料製造(西門子法),矽砂+碳 (SiO2),低純度矽 (冶金級矽, 98%),

2、氯矽化合物 (SiHCl3.),SiHCl3,多晶矽棒,3-7cm塊狀矽塊 (99.99%),高溫電弧爐還原,無水氯化氫,蒸餾純化,氫氣還原及CVD法,敲碎,單晶生長技術,柴氏長晶法 : 82.4% 磊晶法 : 14.0% 浮融帶長晶法 : 3.3% 其它 : 0.2% (1993年市場佔有率),長晶程序(柴式長晶法),矽金屬及摻雜質的融化(Meltdown) 頸部成長(Neck Growth) 晶冠成長(Crown Growth) 晶體成長(Body Growth) 尾部成長(Tail Growth),柴氏長晶法示意圖,單晶成長流程圖,抽真空測漏氣率 (1 hr),坩堝加熱融化多晶矽塊(7h

3、rs),等待穩定平衡(2 hrs),頸部成長 (1 hr),晶冠成長 (2 hrs),晶體成長(30 hrs),尾部成長 (5 hrs),冷卻(4 hrs),晶柱後處理流程,晶邊研磨,長晶,外徑研磨與平邊,切片,晶圓研磨,化學蝕刻,拋光,清洗,檢驗,晶圓切片(Slicing),Single crystal rod,Wafer,晶圓切片流程,晶棒黏著 切片 晶圓清洗 規格檢驗,內徑切割機,晶邊圓磨（Edge contouring）,目的 防止晶圓邊緣碎裂 防止熱應力之集中 增加光阻層在邊緣之平坦度 方式 輪磨 化學蝕刻 晶面抹磨,輪磨示意圖,晶面研磨(Lapping),去除鋸痕與破壞層 平坦化(

4、降低粗糙度),化學蝕刻(Etching),目的: 去除加工應力所造成之損 傷層,以提供更潔淨平滑表面 蝕刻液種類 酸系: 氫氟酸,硝酸,醋酸混合 鹼系: 氫氧化鈉,氫氧化鉀,以研磨劑中之NaOH,KOH,NH4OH腐蝕最表層,由機械磨擦進行拋光 邊緣拋光 降低微粒附著 增加機械強度 表面拋光 去除微缺陷 平坦化,晶圓,晶圓拋光(Polishing),晶圓清潔(Cleaning)(一),SC-1(RCA standard clean 1) 化學品:NH4OH,H2O2,H2O 目的:清除微粒子 SC-2(RCA standard clean 2) 化學品:HCl, H2O2,H2O 目的:清除金

5、屬粒子,晶圓清潔(Cleaning)(二),SPM(Piranha Clean) 化學品:H2SO4,H2O2 目的:清除有機物質 DHF(Dilute HF Clean) 化學品:HF,H2O 目的:清除表層氧化物,II.晶圓處理,晶圓處理流程,微影製程,薄膜沉積,蝕刻,氧化反應,摻雜,金屬化 製程,氧化反應(Oxidation),目的:獲得SiO2層(如場氧化層)做為元件絕緣體材料 方法: 乾式氧化法 Si + O2 SiO2 濕式氧化法 Si + 2H2O SiO2 + 2H2,薄膜沉積(Deposition),物理氣相沉積(PVD) 主要應用範圍: 金屬材料 化學氣相沉積(CVD) 主

6、要應用範圍: 介電材料,導體材料,半導體材料,物理氣相沉積 - 蒸鍍(Evaporation),A,接真空系統,蒸鍍室,晶片與晶座,蒸鍍源,坩堝加熱,物理氣相沉積 - 濺鍍(Sputtering),濺鍍機,化學氣相沉積,(a)氣體擴散,(b)反應物被吸附,(c)化學反應與沉積,(d)未參與物脫離,(e)未參與物抽離,主氣流,介面邊界層,微影製程(Photolithography),光阻,光阻材料及作用 樹脂: 黏合劑 感光材料: 光活性強之化合物 溶劑: 使光阻以液體方式存在 分類: 正光阻:遇光溶於顯影劑 負光阻:產生鏈結,使結構增強,不溶於顯影劑,光阻塗佈,曝光,接觸式曝光: 解析度好,但

7、光罩易被污染 近接式曝光: 光罩不被污染,但解析度降低 投影式曝光: 解析度佳,且光罩不被污染,目前工業所用,光罩,曝光概念圖,鏡子,光源,過濾器,聚集鏡片,光罩,縮影鏡片,晶片,投影式,蝕刻(Etching),目的: 除去微影製程中沒被光阻覆蓋部份的薄膜 蝕刻技術: 乾式蝕刻 濕式蝕刻,底材,薄膜,光阻,摻雜(Doping),目的: 增加導電性 如N型半導體加入砷離子,P型半導體加入硼離子 常用方法 擴散法 離子植入法,離子植入法示意圖,IC製程簡圖(一),晶圓,二氧化矽 (SiO2),光阻(Photoresist),氧化反應,薄膜沉積 及光阻塗佈,薄膜(Si3N4),(A),(B),IC製

8、程簡圖(二),晶圓,晶圓,二氧化矽,已顯影光阻,蝕刻,去除光阻,顯影,離子植入,晶圓,參雜物,薄膜,(C),(D),(E),(F),IC製程簡圖(三),金屬沉積,微影製程,金屬蝕刻,去除光阻,(G),(H),(I),(J),金屬層,III.晶圓針測,晶圓針測示意圖,探針卡,針測機,晶圓針測流程圖,晶圓生產 Wafer processing,封裝 Packaging,晶圓針測 Circuit Probing 1,晶圓針測 Circuit Probing 2,雷射修補 Laser Repair,IV.半導體構裝,構裝之目的,電能傳遞 訊號傳遞 散熱 結構保護與支持,構裝的分類(一),依IC晶片數目

9、： SCP(Single Chip Packages) MCM (Multi-chip Chip Mudule) 依密封材質： 塑膠(Plastic Packages) 陶瓷(Cermic Packages),構裝的分類(二),與電路板接合方式： 引角插入型(Pin-Through-Hole) 表面粘著型(Surface Mount Technology) 依引腳分布型態： 單邊引腳：交叉引腳式ZIP 雙邊引腳：雙列式DIP 四邊引腳：四邊扁平構裝QFP 底部引腳：針格式PGB,PGA,QFP,ZIP,DIP,構裝的名稱與應用,構裝之演化及趨勢,SK-DIP,ZIP,DIP,TSOP,SSOP

10、,SOJ,SOP,Sh-DIP,PGA,BGA,STZIP,QFP,TQFP,高密度模組,高功能,高引腳數,薄型、小型、輕量化,多晶片組合,晶片型構裝,晶片切割(Die Saw) 黏晶(Die Bond) 銲線(Wire Bond),塑膠構裝打線接合製程(一),封膠(Mold) 剪切(Trim) 成形(Form) 印字(Mark),塑膠構裝打線接合製程(二),電路連線技術,打線接合(Wire Bonding) 捲帶自動接合(Tape Automated Bonding, TAB) 覆晶接合(Flip Chip, FC),打線接合技術,導線架,捲帶自動接合技術,捲帶之基本架構,傳動孔,外引腳孔,

11、內引腳,外引腳,晶片,高分子捲帶,覆晶接合技術,晶片,基板,銲錫凸塊,各連線技術之應用範圍,1,10,100,1,000,10,000,100,000,連線技術,晶片I/O數,打線接合,TAB,Flip Chip,257,600,16,000,V.半導體測試,半導體測試流程,FT1,封裝,FT2,Burn In,Mark,Scan,彎腳調整,烘烤,包裝,電性 抽測,FT3,電性 抽測,電性 抽測,半導體測試簡介(一),FT1(Final Test 1): 目的:找出封裝不良品 內容:簡單電性測試(O/S),部份程式測試,測試機 Advantest 5336,半導體測試簡介(二),炙燒(Burn In): 目的:使IC處於高溫(125度C),高電壓(1.5倍正常操作電壓)環境下,使潛在元件中的缺陷提早顯現,With Burn-In,Without Burn-In,工作時間(Hours),失敗率,早夭期,有效壽命期,衰老期,浴缸曲線(Bathtub Curve),半導體測試簡介(三),炙燒方式: 靜態炙燒: 高電壓,高溫 動態炙燒: 高電壓,高溫及寫入 監控炙燒: 高電壓,