半導體製程簡介.pptx

半導體製程簡介 部 門 ASI / EOL 報告人 Saint Huang半導體製造流程Front-EndBack-End晶圓製造晶圓針測封裝測試晶粒(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.晶圓製造晶圓材料多晶矽原料製造單晶生長晶圓成形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)氯矽化合物(SiHCl3….)矽砂+碳(SiO2)低純度矽(冶金級矽,98%)蒸餾純化高溫電弧爐還原無水氯化氫3-7cm塊狀矽塊(99.9…9%)SiHCl3多晶矽棒敲碎氫氣還原及CVD法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) 頸部晶冠晶體尾部長晶程序(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)上拉充入鈍氣旋轉晶種頸部晶冠晶體坩堝熔融矽加熱線圈柴氏長晶法示意圖單晶成長流程圖抽真空測漏氣率 (1 hr)等待穩定平衡(2 hrs)坩堝加熱融化多晶矽塊(7hrs)晶體成長(30 hrs)晶冠成長 (2 hrs)頸部成長 (1 hr)尾部成長 (5 hrs)冷卻(4 hrs)晶柱後處理流程長晶外徑研磨與平邊切片晶邊研磨化學蝕刻晶圓研磨拋光清洗檢驗晶圓切片(Slicing)Single crystal rodWafer 內徑切割機晶圓切片流程晶棒黏著切片晶圓清洗規格檢驗晶邊圓磨（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晶圓鑽石砂輪真空吸盤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類酸系: 氫氟酸,硝酸,醋酸混合鹼系: 氫氧化鈉,氫氧化鉀晶圓拋光(Polishing)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(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氧化反應微影製程薄膜沉積摻雜金屬化製程蝕刻氧化反應(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)晶片與晶座蒸鍍室蒸鍍源坩堝加熱接真空系統A正電極晶片濺鍍機電漿濺鍍源負電極物理氣相沉積 -- 濺鍍(Sputtering)化學氣相沉積(e)未參與物抽離(a)氣體擴散主氣流介面邊界層(b)反應物被吸附(d)未參與物脫離(c)化學反應與沉積去水烘烤光阻塗佈軟烤曝光去除光阻硬烤顯影曝光後烘烤微影製程(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光罩接觸式曝光: 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,目前工業所用光罩晶片晶座接觸式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:乾式蝕刻濕式蝕刻光阻薄膜底材離子束晶片離子植入機加速器摻雜(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