半导体制程简介.ppt

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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%),氯矽化合物(SiHCl3.),SiHCl

2、3,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(7hrs),等待穩定平衡(2 hrs),頸部成長(1 hr),晶冠成長(2 hrs

3、),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(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

4、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(Dilu

5、te 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(Sputteri

6、ng),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

7、: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

8、.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：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-

9、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,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

10、(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,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

11、,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,高溫,寫入及讀出TDBI:Test During Burn In炙燒時限檢查,半導體測試簡介(四),FT2(Final Test 2):目的:找出不良品測試產品的速度並分級內容:DC,AC測試及找出晶體缺陷之測試程式電性抽測(QC),半導體測試簡介(五),蓋印(Mark)檢腳(Scan)彎腳調整烘烤(Baking)包裝(Packing),