半导体元件与积体电路及无尘室生产车间详解.ppt

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1、半导体元件与积体电路及无尘室生产车间详解,第一個電晶體,AT&T貝爾實驗室,1947第一個單晶鍺,1952第一個單晶矽,1954第一個積體電路元件,德州儀器,1958第一個矽積體電路晶片,費爾查德照相機公司,1961,2023/9/6,1,KLC风淋室/KLC过滤器/无尘室净化设备,第一個電晶體,貝爾實驗室,1947,2023/9/6,2,照片來源:AT&T,第一個電晶體的發明者,2023/9/6,3,約翰巴定，威廉肖克萊 和 華特布萊登照片來源:Lucent Technologies Inc.,1958年第一個積體電路晶片,2023/9/6,4,照片來源:德州儀器,1961年矽晶圓製出第一個

2、積體電路,2023/9/6,5,照片來源:Fairchild Semiconductor International,摩爾定律,2023/9/6,6,1964年哥登摩爾(英特爾公司的共同創始人之一)價格不變之下，電腦晶片上的元件數目，幾乎每12個月就增加一倍1980年代減緩至每18個月到目前仍屬正確，預期可以維持到2010年,摩爾定律(英特爾版本),2023/9/6,7,Transistors,10K,100K,1M,10M,1975,1980,1985,1990,1995,4040,8080,8086,80286,80386,80486,Pentium,Pentium III,1K,2000

3、,IC 的尺度-積體電路晶片的積體化層級,2023/9/6,8,整體的半導體工業道路圖,2023/9/6,9,晶片尺寸與晶圓尺寸的相對性展示,2023/9/6,10,以0.35微米技術製造的晶粒,以0.25微米技術,以0.18微米技術,晶片或晶粒,1997年NEC 製造最小的電晶體,2023/9/6,11,超淺接面,下匣極,上匣極,源極,汲極,介電質,n,+,n,+,P型晶片,小於0.014 微米 匣極的寬度,照片來源:NEC Corporation,晶圓製程,2023/9/6,12,無塵室生產廠房,金屬化,化學機械研磨,蝕刻與光阻剝除,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

4、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,2023/9/6,13,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,2023/9/6,14,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0.18 mm 元件需要高於等級1以上的無塵室,2023/9/6,15,無塵室等級,2023/9/6,16,0.1,1,10,100,1000,10000,100000,Class 100,000,Class 10

5、,000,Class 1,000,Class 100,Class 10,Class 1,粒子總數/立方英尺,0.1,1.0,10,以微米為單位的粒子尺寸,Class M-1,依聯邦標準209E定義所制定之空氣含微粒子的潔凈等級表,2023/9/6,17,半導體晶圓代工廠的需求,到1980年代為止，在半導體元件製造中，設計、元件開發、製程開發與生產是不可分的。但最近製程及製造各自衍生出獨立的商機。就是半導體的晶圓處理工程，出現只靠接訂單生產的晶圓代工廠。半導體製造設備廠商的功能逐漸擴大，以往元件製造廠的製程或製造的工作，也在設備製造廠的功能轉變過程中逐漸埋沒。總之無論如何，製程的工作，可說是背後

6、支撐著半導體元件的進展。開發新型低耗電力MPU的美國企業的負責人，毫不在意自己的公司稱為Virtual factory，不進行晶片的製造，全委外。這代表製程的幕後論愈發穩固，並浮現出晶圓代工廠在半導體製程的重要性及可做為獨立事業的意義。,2023/9/6,18,半導體製程的構成領域,基本製程:包括微影(lithography)、乾式蝕刻、薄膜沉積的CVD或PVD等。自從1948年電晶體的發明，開啟了1950年代的電晶體時代，電晶體的發明者對照於半導體的工作，就像是物理學家的工作。加上製造、加工技術方面的化學家，對於IC的開發，成為一種需要許多專業領域的綜合技術。當初只要一名技術人員，可理解所有

7、的製程並加以實行。但是隨著專業的分化，出現所謂的擴散工程師、蝕刻工程師。如今每一位技術人員，甚至無法理解自己定位在全體製程的哪一部份，僅在技術上及專業上不斷分化。,2023/9/6,19,2023/9/6,20,半導體製程及製造設備,製程的開發，雖由元件製造廠與設備製造廠雙方推進，但從需求的掌握及商機的觀點，應以元件製造廠的製程開發為主體。設備製造廠新設備開發的動機，是由設備的使用者元件製造廠所帶來的，這樣說也不為過。但即使說設備在進步，現實中還是存在許多技術的問題，元件製造廠的製程技術人員的確在不斷努力克服。再配合設備製造廠的經驗累積，以此為基礎而提昇設備技術。半導體製程與製造設備的關係是處於以設備為先或以製程為先的重要選擇。在美國成功的例子，是從以設備為先起步，進而配合製程，日本的情況剛好相反。主要是因為美國的設備製造廠具備有製程開發能力。,2023/9/6,21,