半导体制程简介(PPT 61页)
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半导体制程PPT
光阻区 (PR)
ADI_CD
ADI_CD
光阻 区 (PR)
ETCH (蚀刻) Module
Process Procedures (制程步骤): (a) Dry Etching (气相蚀刻) 化学反响后成气体去除 (b) WET_PR_stripping (光阻去除, 硫酸槽) (c) CD measurement (蚀刻后量測) 简称AEI_CD (d) After Etch Inspection (蚀刻后检查) 简称 AEI
半导体 Semiconductor
分别式电路 Discrete Circuit
ITANIUM MICROPROCESSOR ( 1.72 Billion Transistors 90nm 595 mm2)
To make wafers, polycrystalline silicon is melted. The melted silicon is used to grow silicon crystals (or ingots) that are sliced into wafers. 首先溶化多晶硅，生成晶柱，然后切割成晶圆。
Building an IC Chip
Tape-out (used to be a lot of information—put on tape) Like a blueprint for wafer production
Hierarchy of IC Chip
Multilevel Metallization
芯片分类
DRAM 动态随机存储器
MPUs 微处理器
Computer 电脑
ASIC 特定用途集成电路
DSPs 数字信号处理器
Consumer 消费
半导体制程简介
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
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
晶片
晶座
光罩
接觸式
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:
光阻
乾式蝕刻
◆ 邊緣拋光
晶圓
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
薄膜沉積
微影製程
金屬化 製程
摻雜
蝕刻
氧化反應(Oxidation)
半導體製程簡介
部門ASI/EOL 報告人SaintHuang
半導體製造流程
Front-End 晶圓製造 晶圓針測
Back-End
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
◆ 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
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
晶片
晶座
光罩
接觸式
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:
光阻
乾式蝕刻
◆ 邊緣拋光
晶圓
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
薄膜沉積
微影製程
金屬化 製程
摻雜
蝕刻
氧化反應(Oxidation)
半導體製程簡介
部門ASI/EOL 報告人SaintHuang
半導體製造流程
Front-End 晶圓製造 晶圓針測
Back-End
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
半导体制程简介PPT课件讲义教材
蒸
高温电弧炉还原
无水氯化氢
馏
纯
化
3-7cm块状硅块 (99.9…9%)
多晶硅棒
SiHCl3
敲碎
氢气还原及CVD法
单晶生长技术
◆ 柴氏长晶法 : 82.4% ◆ 磊晶法 : 14.0% ◆ 浮融带长晶法 : 3.3% ◆ 其它 : 0.2%
(1993年市场占有率)
长晶程序(柴式长晶法)
硅金属及掺杂质的融化 颈部 (Meltdown)
半导体制程简介
半导体制造流程
Front-End 晶圆制造 晶圆针测
Back-End
封装
测试
晶粒(Die)
成品
半导体制程分类
◆ I. 晶圆制造 ◆ II.晶圆处理 ◆ III.晶圆针测 ◆ IV.半导体构装 ◆ V.半导体测试
I.晶圆制造
晶圆制造流程
晶圆材料
多晶硅 原料制造
单晶 生长
晶圆 成形
(C)
已显影光阻 (E)
薄膜
二氧化硅
晶圆
显影
(D)
(F)
晶圆 蚀刻
晶圆 离子植入
参杂物
晶圆 去除光阻
IC制程简图(三)
(G)
金属层
(I)
晶圆
金属沉积
(H)
(J)
晶圆 微影制程
晶圆 金属蚀刻
晶圆 去除光阻
III.晶圆针测
晶圆针测示意图
探针卡 针测机
晶圆针测流程图
晶圆生产 Wafer processing
◆ 晶棒黏着 ◆ 切片 ◆ 晶圆清洗 ◆ 规格检验
内径切割机
晶边圆磨（Edge contouring）
◆ 目的
防止晶圆边缘碎裂 防止热应力之集中 增加光阻层在边缘之平坦度
高温电弧炉还原
无水氯化氢
馏
纯
化
3-7cm块状硅块 (99.9…9%)
多晶硅棒
SiHCl3
敲碎
氢气还原及CVD法
单晶生长技术
◆ 柴氏长晶法 : 82.4% ◆ 磊晶法 : 14.0% ◆ 浮融带长晶法 : 3.3% ◆ 其它 : 0.2%
(1993年市场占有率)
长晶程序(柴式长晶法)
硅金属及掺杂质的融化 颈部 (Meltdown)
半导体制程简介
半导体制造流程
Front-End 晶圆制造 晶圆针测
Back-End
封装
测试
晶粒(Die)
成品
半导体制程分类
◆ I. 晶圆制造 ◆ II.晶圆处理 ◆ III.晶圆针测 ◆ IV.半导体构装 ◆ V.半导体测试
I.晶圆制造
晶圆制造流程
晶圆材料
多晶硅 原料制造
单晶 生长
晶圆 成形
(C)
已显影光阻 (E)
薄膜
二氧化硅
晶圆
显影
(D)
(F)
晶圆 蚀刻
晶圆 离子植入
参杂物
晶圆 去除光阻
IC制程简图(三)
(G)
金属层
(I)
晶圆
金属沉积
(H)
(J)
晶圆 微影制程
晶圆 金属蚀刻
晶圆 去除光阻
III.晶圆针测
晶圆针测示意图
探针卡 针测机
晶圆针测流程图
晶圆生产 Wafer processing
◆ 晶棒黏着 ◆ 切片 ◆ 晶圆清洗 ◆ 规格检验
内径切割机
晶边圆磨（Edge contouring）
◆ 目的
防止晶圆边缘碎裂 防止热应力之集中 增加光阻层在边缘之平坦度
半导体制作流程PPT课件讲义教材
裁剪者
VISION1
T1
排列 测试
T2
分类
刷
作标记 于
VISION2
T3
排列
分类
拒绝
排列
T4
TAPING3
TAPING1
排列 TAPING2 排列
KEC- 公司韩国研究总数报告
10
KEC-W 和 C& C 的我& 我
４。SMD- BIS 程序：
整理/ 形式部
8 PCS 提取
卷供给部于桥上
在BIS单体机工作时供给制品
乘汽车
感应器盒子
S/W 盒子
大音阶的第五 音,继电器 SSR
KEC- 公司韩国研究总数报告
FA 计算 机
LAN CARD
输入 64位
输入 64位
输出 64位
马达 制御 CARD
输出 32位
感应器盒子
S/W 盒子
大音阶的 第五音 继电器
SSR
AC 乘汽车
伺服 开车
伺服马达
第一视觉 /F
测试我/F
第一激光 /F
制品流动生产回路：
T2->T3 插入物
2 PCS 提取
激光印记
BEUSHING
视觉检验
T4 喷嘴提取
1 PCS 提取
排列 #1 检验不见的
排列 #2
排列 #3
T3 分类 桌子 #3
KEC- 公司韩国研究总数报告
T4 分类 桌子#4
最好的
轻打 #1个插入物 轻打 #2个插入物 轻打 #3个插入物
轻打
13
TAPING1 2.轻打 TAPING2
TAPING3
个人计算机计画:视觉的 C++ 语言 个人计算机计画控制: 1.伺服系统; 2. 作标记于; 3. VISION; 4.PLC CONTROL.
半导体封装制程及其设备介绍-PPT
Substrate
Solder paste pringting
Stencil
Chip shooting
Nozzle Capacitor
Reflow Oven
Hot wind
DI water cleaning
Automatic optical
inpection
DI water
Camera
PAD PAD
Wafer tape
Back Grind
Wafer Detape
Wafer Saw
Inline Grinding & Polish -- Accretech PG300RM
Coarse Grind 90%
Fine Grind 10%
Centrifugal Clean
Alignment & Centering
Die distance Uniformity
4。PICKING UP
3。EXPANDING
No contamination
TAPE ELONGATION
WEAK ADHESION
3.Grinding 辅助设备
A Wafer Thickness Measurement 厚度测量仪 一般有接触式和非接触式光学测量仪两种；
Solder paste
Die Prepare(芯片预处理) To Grind the wafer to target thickness then separate to single chip
---包括来片目检(Wafer Incoming), 贴膜(Wafer Tape),磨片(Back Grind),剥膜(Detape),贴片(Wafer Mount),切割(Wafer Saw)等系列工序,使芯片达到工艺所要求的形状,厚度和尺寸,并经过芯片目 检(DVI)检测出所有由于芯片生产,分类或处理不当造成的废品.
半导体制造工艺课件(PPT 98页)
激活杂质：使不在晶格位置上的离子运动到晶格 位置，以便具有电活性，产生自由载流子，起到 杂质的作用
消除损伤
退火方式：
炉退火
快速退火：脉冲激光法、扫描电子束、连续波激 光、非相干宽带频光源(如卤光灯、电弧灯、石墨 加热器、红外设备等)
氧化工艺
氧化：制备SiO2层 SiO2的性质及其作用 SiO2是一种十分理想的电绝缘材料，
去掉氮化硅层
P阱离子注入，注硼
推阱
去掉N阱区的氧化层 退火驱入
形成场隔离区
生长一层薄氧化层 淀积一层氮化硅
光刻场隔离区，非隔离区被 光刻胶保护起来
反应离子刻蚀氮化硅 场区离子注入 热生长厚的场氧化层 去掉氮化硅层
形成多晶硅栅
生长栅氧化层 淀积多晶硅 光刻多晶硅栅 刻蚀多晶硅栅
掺杂的均匀性好 温度低：小于600℃ 可以精确控制杂质分布 可以注入各种各样的元素 横向扩展比扩散要小得多。 可以对化合物半导体进行掺杂
离子注入系统的原理示意图
离子注入到无定形靶中的高斯分布情况
退火
退火：也叫热处理，集成电路工艺中所有的 在氮气等不活泼气氛中进行的热处理过程都 可以称为退火
Salicide工艺
淀积多晶硅、刻蚀 并形成侧壁氧化层；
淀积Ti或Co等难熔 金属
RTP并选择腐蚀侧 壁氧化层上的金属；
最后形成Salicide 结构
形成硅化物
淀积氧化层 反应离子刻蚀氧化层，形成侧壁氧化层 淀积难熔金属Ti或Co等 低温退火，形成C-47相的TiSi2或CoSi 去掉氧化层上的没有发生化学反应的Ti或Co 高温退火，形成低阻稳定的TiSi2或CoSi2
氧化层刻蚀掉，并去掉光刻胶 进行大剂量As+注入并退火，形成n+埋层
消除损伤
退火方式：
炉退火
快速退火：脉冲激光法、扫描电子束、连续波激 光、非相干宽带频光源(如卤光灯、电弧灯、石墨 加热器、红外设备等)
氧化工艺
氧化：制备SiO2层 SiO2的性质及其作用 SiO2是一种十分理想的电绝缘材料，
去掉氮化硅层
P阱离子注入，注硼
推阱
去掉N阱区的氧化层 退火驱入
形成场隔离区
生长一层薄氧化层 淀积一层氮化硅
光刻场隔离区，非隔离区被 光刻胶保护起来
反应离子刻蚀氮化硅 场区离子注入 热生长厚的场氧化层 去掉氮化硅层
形成多晶硅栅
生长栅氧化层 淀积多晶硅 光刻多晶硅栅 刻蚀多晶硅栅
掺杂的均匀性好 温度低：小于600℃ 可以精确控制杂质分布 可以注入各种各样的元素 横向扩展比扩散要小得多。 可以对化合物半导体进行掺杂
离子注入系统的原理示意图
离子注入到无定形靶中的高斯分布情况
退火
退火：也叫热处理，集成电路工艺中所有的 在氮气等不活泼气氛中进行的热处理过程都 可以称为退火
Salicide工艺
淀积多晶硅、刻蚀 并形成侧壁氧化层；
淀积Ti或Co等难熔 金属
RTP并选择腐蚀侧 壁氧化层上的金属；
最后形成Salicide 结构
形成硅化物
淀积氧化层 反应离子刻蚀氧化层，形成侧壁氧化层 淀积难熔金属Ti或Co等 低温退火，形成C-47相的TiSi2或CoSi 去掉氧化层上的没有发生化学反应的Ti或Co 高温退火，形成低阻稳定的TiSi2或CoSi2
氧化层刻蚀掉，并去掉光刻胶 进行大剂量As+注入并退火，形成n+埋层
半导体工艺流程简介ppt
半导体工艺流程的成就与挑战
进一步缩小特征尺寸
三维集成技术
绿色制造技术
智能制造技术
未来半导体工艺流程的发展趋势
01
02
03
04
THANKS
感谢观看
互连
通过金属化过程，将半导体芯片上的电路元件连接起来，实现芯片间的通信和电源分配功能。
半导体金属化与互连
将半导体芯片和相关的电子元件、电路板等封装在一个保护壳内，以防止外界环境对芯片的损伤和干扰。
封装
对封装好的半导体进行功能和性能的检测与试验，以确保其符合设计要求和实际应用需要。
测试
半导体封装与测试
半导体工艺流程概述
02
半导体制造步骤-1
1
半导体材料的选择与准备
2
3
通常使用元素半导体，如硅（Si）、锗（Ge）等，或化合物半导体，如砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）等。
材料类型
高纯度材料对于半导体制造至关重要，杂质含量需要严格控制。
纯净度要求
材料应具有立方、六方或其他特定晶体结构。
晶格结构
蚀刻
使用化学试剂或物理方法，将半导体基板表面未被光刻胶保护的部分进行腐蚀去除。根据蚀刻方法的不同，可以分为湿蚀刻和干蚀刻两种。
去胶
在完成蚀刻后，使用去胶液等化学试剂，去除光刻胶。去胶过程中需要注意控制温度和时间，以避免对半导体基板造成损伤或污染。
半导体的蚀刻与去胶
05
半导体制造步骤-4
金属化
通常使用铝或铜作为主要材料，通过溅射、蒸发或电镀等手段，在半导体表面形成导线图案。
涂布
在半导体基板上涂覆光刻胶，使其覆盖整个基板表面。通常使用旋转涂布法，将光刻胶滴在基板中心，然后通过旋转基板将其展开并涂布在整个表面上。
半导体制造工艺流程简介ppt课件
元件最小尺寸达到0.5微米
集成电路技术的分类
集成电路技术总的可以分为“设计”和“制造”两大部分 设计是指半导体芯片的设计技术,以开发新的功能或使最终产品获得优良的
性能价格比,现在一般采用计算机辅助设计
制造：这是我们要重点介绍的）
半导体工艺--- “三超”技术：
（一）超净技术
即要求严格控制工作环境中的尘埃,做到无污染生 产。目前的尘埃颗粒直径已能控制在0.1微米
被郁闷了这么久，也该看看是怎样加工的了 半导体的制造工艺
流程
---- 芯片的加工
总结:
1.半导体材料及分类。 2.集成电路技术。 3. 半导体的使用历史 4. 半导体的加工工艺。
感谢下 载
半导体的使用
集成电路简介
所谓集成电路,是指把某一单元电路用集成工艺制作在同一基片上,使之具有 和单个分开的元器件所制作的电子线路同等或更好的功能 。
现有的集成电路,主要是将电阻、电容、二极管、三极管等元器件及其互连
芯片 线集成制作在单个半导体硅片上的半导体集成电路,又称为
芯片内部之间的线很细，芯片很薄，很容易被损坏。 芯片不能“REWORK”
三是超微细加工技术
通常把最小线宽为微米级或亚微米级的加工技术统称为微细加工技术,主要 包括晶体生长和薄层生成技术、微细图形加工技术、精密控制掺杂技术等。 决定集成电路集成度的主要因素是这些技术水平所决定的基片材料拉制的直 径大小和每个元件具有的微小尺寸。
半导体材料的使用
在几百万年前，我们的祖先是用鹅卵石。 十万年前，他们开始使用自制工具。 五千年前，他们开始使用金属工具。 五百年前，他们开始使用会爆炸的工具。 如今，我们使用半导体工具，比如我们常用的电脑，电视，手机，甚至汽车
都跟半导体有关。
集成电路技术的分类
集成电路技术总的可以分为“设计”和“制造”两大部分 设计是指半导体芯片的设计技术,以开发新的功能或使最终产品获得优良的
性能价格比,现在一般采用计算机辅助设计
制造：这是我们要重点介绍的）
半导体工艺--- “三超”技术：
（一）超净技术
即要求严格控制工作环境中的尘埃,做到无污染生 产。目前的尘埃颗粒直径已能控制在0.1微米
被郁闷了这么久，也该看看是怎样加工的了 半导体的制造工艺
流程
---- 芯片的加工
总结:
1.半导体材料及分类。 2.集成电路技术。 3. 半导体的使用历史 4. 半导体的加工工艺。
感谢下 载
半导体的使用
集成电路简介
所谓集成电路,是指把某一单元电路用集成工艺制作在同一基片上,使之具有 和单个分开的元器件所制作的电子线路同等或更好的功能 。
现有的集成电路,主要是将电阻、电容、二极管、三极管等元器件及其互连
芯片 线集成制作在单个半导体硅片上的半导体集成电路,又称为
芯片内部之间的线很细，芯片很薄，很容易被损坏。 芯片不能“REWORK”
三是超微细加工技术
通常把最小线宽为微米级或亚微米级的加工技术统称为微细加工技术,主要 包括晶体生长和薄层生成技术、微细图形加工技术、精密控制掺杂技术等。 决定集成电路集成度的主要因素是这些技术水平所决定的基片材料拉制的直 径大小和每个元件具有的微小尺寸。
半导体材料的使用
在几百万年前，我们的祖先是用鹅卵石。 十万年前，他们开始使用自制工具。 五千年前，他们开始使用金属工具。 五百年前，他们开始使用会爆炸的工具。 如今，我们使用半导体工具，比如我们常用的电脑，电视，手机，甚至汽车
都跟半导体有关。
半导体制造流程PPT课件
2019/9/10
3
晶圆处理制程
融化（MeltDown）
颈部成长（Neck Growth）
晶柱成长制程
晶冠成长（Crown Growth）
晶体成长（Body Growth）
尾部成长（Tail Growth）
2019/9/10
4
晶圆处理制程
切片 （Slicing）
圆边 （Edge Polishin
2019/9/10
16
晶圆处理制程
• 离子注入是另一种掺杂技术，离子注入掺杂也分为两 个步骤：离子注入和退火再分布。离子注入是通过高 能离子束轰击硅片表面，在掺杂窗口处，杂质离子被 注入硅本体，在其他部位，杂质离子被硅表面的保护 层屏蔽，完成选择掺杂的过程。进入硅中的杂质离子 在一定的位置形成一定的分布。通常，离子注入的深 度(平均射程)较浅且浓度较大，必须重新使它们再分 布。掺杂深度由注入杂质离子的能量和质量决定，掺 杂浓度由注入杂质离子的数目(剂量)决定。
• 一个现代的IC含有百万个以上的独立组件，而其尺寸通 常在数微米，在此种尺寸上，并无一合适的机械加工机 器可以使用，取而代之的是微电子中使用紫外光的图案 转换(Patterning),这个过程是使用光学的图案以及光感 应膜來将图案转上基板,此种过程称为光刻微影 (photolithography）
2019/9/10
11
晶圆处理制程
曝光（exposure） • 在光刻微影过程，首先为光阻涂布，先将适量光阻滴上基
板中心，而基板是置于光阻涂 布机 的真空吸盘上，转盘 以每分钟數千转之转速，旋转30-60秒，使光阻均匀涂布 在 基板上，转速与旋转时间，依所需光阻厚度而定。 • 曝照于紫外光中，会使得光阻的溶解率改变。紫外光通过 光罩照射于光阻上，而在光照及阴影处产生相对应的图形 ，而受光照射的地方，光阻的溶解率产生变化，称之 为光 化学反应， 而阴影处的率没有变化，这整个过称之为曝光 （exposure）。
半导体制造工艺技术PPT(共68页)
Si2H6(气态) （反应半
3) Si2H6(气态) 品形成）
2Si (固态) + 3H2(气态) （最终产
以上实例是硅气相外延的一个反应过程
• 速度限制阶段
在实际大批量生产中，CVD反应的时间长 短很重要。温度升高会促使表面反应速度增加 。基于CVD反应的有序性，最慢的反应阶段会 成为整个工艺的瓶颈。换言之，反应速度最慢 的阶段将决定整个淀积过程的速度。
种新的化合物。
以上5中基本反应中，有一些特定的 化学气相淀积反应用来在硅片衬底上淀 积膜。对于某种特定反应的选择通常要 考虑淀积温度、膜的特性以及加工中的 问题等因素。
例如，用硅烷和氧气通过氧化反应 淀积SiO2膜。反应生成物SiO2淀积在硅 片表面，副产物事是氢。
SiH4 + O2
SiO2 + 2H2
• CVD 过程中的掺杂
CVD淀积过程中，在SiO2中掺入杂质对硅 片加工来说也是很重要。例如，在淀积SiO2的 过程中，反应气体中加入PH3后，会形成磷硅 玻璃。化学反应方程如下：
SiH4(气)+2PH3(气)+O2(气) SiO2(固)+2P(固)+5H2(气)
在磷硅玻璃中，磷以P2O5的形式存在，磷 硅玻璃由P2O5和SiO2的混合物共同组成；对于 要永久黏附在硅片表面的磷硅玻璃来说， P2O5 含量（重量比）不超过4％，这是因为磷硅玻 璃（PSG）有吸潮作用。
CVD 反应
• CVD 反应步骤
基本的化学气相淀积反应包含8个主要步骤， 以解释反应的机制。 1）气体传输至淀积区域； 2）膜先驱物的形成； 3）膜先驱物附着在硅片表面； 4）膜先驱物黏附； 5）膜先驱物扩散； 6）表面反应； 7）副产物从表面移除； 8）副产物从反应腔移除。
半导体制造工艺流程课件PPT(共 105张)
三、IC构装制程
• IC構裝製程（Packaging）：利用塑膠 或陶瓷包裝晶粒與配線以成積體電路
• 目的：是為了製造出所生產的電路的保 護層，避免電路受到機械性刮傷或是高 溫破壞。
半导体制造工艺分类
MOS型
双极型
PMOS型 NMOS型 CMOS型 饱和型
非饱和型
BiMOS TTL I2L ECL/CML
SiO2
P+ N-epi P+ N-epi P+
N+-BL
N+-BL
P-SUB
涂胶—烘烤---掩膜（曝光）---显影---坚膜—蚀刻—清洗 —去膜--清洗—P+扩散(B)
第三次光刻—P型基区扩散孔
决定NPN管的基区扩散位置范围 SiO2
外延层淀积
1。VPE（Vaporous phase epitaxy) 气相外延生长硅 SiCl4+H2→Si+HCl 2。氧化
Tepi>Xjc+Xmc+TBL-up+tepi-ox SiO2
N-epi
N+-BL
N+-BL
P-SUB
第二次光刻—P+隔离扩散孔
• 在衬底上形成孤立的外延层岛,实现元件的隔离.
半导体制造工艺流程
半导体相关知识
• 本征材料：纯硅 9-10个9
250000Ω.cm
• N型硅： 掺入V族元素--磷P、砷As、锑 Sb
• P型硅： 掺入 III族元素—镓Ga、硼B
• PN结：
P
-
-
++ + ++
N
半导体元件制造过程可分为
• 前段（Front End）制程 晶圆处理制程（Wafer Fabrication；简称 Wafer Fab）、 晶圆针测制程（Wafer Probe）；
《半导体制程简介》PPT课件
• 8’ Wafer
– 8’的晶园采用Notch。
• 12’, 16’,…… Wafer
– 采用Notch，为什么呢？——猜想。
1.4 晶园抛光
• Lapping & Polishing
– 切片结束之后，真正成型的晶园诞生。 – 此时需要对晶园的表面进行一些处理——抛光。 – 主要的步骤有以下几步：
Epi(p/p+) Wafer
p+
- >10um DZ - COP free surface
COP(typical grown-in defect)
BMD(Body Micro Defects)
- Grown-in defect free in device active layer
- Controllable intrinsic gettering ability
• 机械研磨(使用氧化铝颗粒) • 蚀刻清洗(使用硝酸、醋酸、氢氧化钠) • Wafer抛光(化学机械研磨，使用硅土粉) • 表面清洗(氨水、过氧化氢、去离子水)
1.5 晶园外延生长
• Wafer Epitaxial Processing
– 经过抛光，晶园表面变得非常平整，但是这个 时候还不能交付使用。
Affect of COP on Device Performance
Wiring
Gate Capacitor
STI
Source
COP in subsurface
Drain STI
COP in top surface
Si Substrate
COP causes current leakage failure in device
1) Crystal growth technology -N-doped and heat control
– 8’的晶园采用Notch。
• 12’, 16’,…… Wafer
– 采用Notch，为什么呢？——猜想。
1.4 晶园抛光
• Lapping & Polishing
– 切片结束之后，真正成型的晶园诞生。 – 此时需要对晶园的表面进行一些处理——抛光。 – 主要的步骤有以下几步：
Epi(p/p+) Wafer
p+
- >10um DZ - COP free surface
COP(typical grown-in defect)
BMD(Body Micro Defects)
- Grown-in defect free in device active layer
- Controllable intrinsic gettering ability
• 机械研磨(使用氧化铝颗粒) • 蚀刻清洗(使用硝酸、醋酸、氢氧化钠) • Wafer抛光(化学机械研磨，使用硅土粉) • 表面清洗(氨水、过氧化氢、去离子水)
1.5 晶园外延生长
• Wafer Epitaxial Processing
– 经过抛光，晶园表面变得非常平整，但是这个 时候还不能交付使用。
Affect of COP on Device Performance
Wiring
Gate Capacitor
STI
Source
COP in subsurface
Drain STI
COP in top surface
Si Substrate
COP causes current leakage failure in device
1) Crystal growth technology -N-doped and heat control
半导体制造工艺流程通用课件
半导体制造工艺流程通用课件
目录
• 半导体制造概述 • 半导体制造的前处理 • 半导体制造的核心工艺 • 半导体制造的后处理 • 半导体制造的挑战与解决方案 • 半导体制造的发展趋势与未来展望
01
半导体制造概述
半导体制造的定义
半导体制造
指通过一系列精密的物理和化学 工艺，将单晶硅或其他半导体材 料转化为集成电路的过程。
采用高k金属栅极材料， 可以提高芯片的性能和降 低功耗。
新型绝缘材料
采用新型绝缘材料，可以 提高芯片的集成度和可靠 性。
新型封装材料
采用新型封装材料，可以 提高芯片的散热性能和可 靠性。
系统集成与封装技术的发展
系统集成技术
通过系统集成技术，将多个芯片集成在一个封装 内，实现更高的性能和更小的体积。
封装类型
常见的封装类型包括塑料封装、陶瓷封装和金属封装等，它们具有不同的特点和适用范围 。
封装工艺
封装工艺涉及到多个环节，包括芯片贴装、引脚焊接、密封和标记等，每个环节都对保证 芯片的性能和可靠性至关重要。
测试与验证
测试与验证
在半导体制造的后处理过程中，测试与验证是确保芯片性能和质量 的重要环节。
化学气相沉积
总结词
化学气相沉积是通过化学反应在半导体表面形成薄膜的过程。
详细描述
化学气相沉积是在高温下，将气态物质在半导体表面进行化学反应，形成固态薄膜的过程。沉积的薄膜可以作为 绝缘层、导电层或保护层，对半导体器件的性能和稳定性具有重要影响。
04
半导体制造的后处理
金属化
金属化
在半导体制造的后处理过程中，金属化是关键的一步，它 涉及到在芯片表面沉积金属，以实现电路的导电连接。
半导体制造的工艺流程简介
目录
• 半导体制造概述 • 半导体制造的前处理 • 半导体制造的核心工艺 • 半导体制造的后处理 • 半导体制造的挑战与解决方案 • 半导体制造的发展趋势与未来展望
01
半导体制造概述
半导体制造的定义
半导体制造
指通过一系列精密的物理和化学 工艺，将单晶硅或其他半导体材 料转化为集成电路的过程。
采用高k金属栅极材料， 可以提高芯片的性能和降 低功耗。
新型绝缘材料
采用新型绝缘材料，可以 提高芯片的集成度和可靠 性。
新型封装材料
采用新型封装材料，可以 提高芯片的散热性能和可 靠性。
系统集成与封装技术的发展
系统集成技术
通过系统集成技术，将多个芯片集成在一个封装 内，实现更高的性能和更小的体积。
封装类型
常见的封装类型包括塑料封装、陶瓷封装和金属封装等，它们具有不同的特点和适用范围 。
封装工艺
封装工艺涉及到多个环节，包括芯片贴装、引脚焊接、密封和标记等，每个环节都对保证 芯片的性能和可靠性至关重要。
测试与验证
测试与验证
在半导体制造的后处理过程中，测试与验证是确保芯片性能和质量 的重要环节。
化学气相沉积
总结词
化学气相沉积是通过化学反应在半导体表面形成薄膜的过程。
详细描述
化学气相沉积是在高温下，将气态物质在半导体表面进行化学反应，形成固态薄膜的过程。沉积的薄膜可以作为 绝缘层、导电层或保护层，对半导体器件的性能和稳定性具有重要影响。
04
半导体制造的后处理
金属化
金属化
在半导体制造的后处理过程中，金属化是关键的一步，它 涉及到在芯片表面沉积金属，以实现电路的导电连接。
半导体制造的工艺流程简介
半导体制程简介
◆ 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)
◆ 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
曝光概念圖
鏡子 光源 過濾器 聚集鏡片 光罩
縮影鏡片 晶片
II.晶圓處理
晶圓處理流程
氧化反應
薄膜沉積
微影製程
金屬化 製程
摻雜
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)
電漿
濺鍍機
化學氣相沉積
(a)氣體擴散
(e)未參與 物抽離 主氣流
介面邊界層
(b)反應物 被吸附
(c)化學反 應與沉積
(d)未參與 物脫離
微影製程(Photolithography)
去水烘烤
光阻塗佈
軟烤
曝光
去除光阻
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)
◆ 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
曝光概念圖
鏡子 光源 過濾器 聚集鏡片 光罩
縮影鏡片 晶片
II.晶圓處理
晶圓處理流程
氧化反應
薄膜沉積
微影製程
金屬化 製程
摻雜
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)
電漿
濺鍍機
化學氣相沉積
(a)氣體擴散
(e)未參與 物抽離 主氣流
介面邊界層
(b)反應物 被吸附
(c)化學反 應與沉積
(d)未參與 物脫離
微影製程(Photolithography)
去水烘烤
光阻塗佈
軟烤
曝光
去除光阻
半导体制造工艺流程图文
常用的物理气相沉积技术包括真空蒸发、溅射镀膜和 离子镀膜等。
激光技术
激光技术在半导体制造中主要用于材料加工、表面处理和 检测等领域。
通过高能激光束对材料表面进行快速加热和冷却，可以实 现高精度和高效率的加工和表面处理。
激光技术在半导体制造中主要用于划片、打标和表面处理 等方面。
04 制造工艺中的设备与材料
通过控制反应气体和温度等参数，可以在硅片 上形成均匀、连续和高质量的薄膜。
常用的化学气相沉积技术包括热化学气相沉积、 等离子增强化学气相沉积和金属有机化学气相 沉积等。
物理气相沉积
物理气相沉积是一种利用物理过程在硅片上沉积薄膜 的方法。
通过控制气体流量和能量等参数，可以在硅片上形成 具有高附着力和致密性的薄膜。
光刻与刻蚀、离子注入和化学机械平坦化等步骤。
这些步骤的精确控制对于制造高性能、高可靠性的半导体器件
03
至关重要。
晶圆制备
01
02
03
晶圆制备是半导体制造 工艺的起始步骤，涉及 切割和研磨单晶硅锭， 以获得平滑、无缺陷的
晶圆表面。
晶圆制备过程中，需要 严格控制温度、压力和 化学试剂的浓度，以确 保晶圆的表面质量和几
03 制造工艺中的关键技术
真空技术
01
真空技术是半导体制造中不可或缺的关键技术之一，主要用 于制造薄膜和清洗表面。
02
在真空环境下，可以控制各种物理和化学过程，从而实现高 质量的薄膜沉积和表面处理。
03
常用的真空技术包括真空蒸发、溅射和化学气相沉积等。
化学气相沉积
化学气相沉积是半导体制造中常用的方法之一， 用于在硅片上沉积各种薄膜材料。
制造工艺设备
清洗设备
用于清除晶圆表面的杂质和污 染物，确保表面的洁净度。
激光技术
激光技术在半导体制造中主要用于材料加工、表面处理和 检测等领域。
通过高能激光束对材料表面进行快速加热和冷却，可以实 现高精度和高效率的加工和表面处理。
激光技术在半导体制造中主要用于划片、打标和表面处理 等方面。
04 制造工艺中的设备与材料
通过控制反应气体和温度等参数，可以在硅片 上形成均匀、连续和高质量的薄膜。
常用的化学气相沉积技术包括热化学气相沉积、 等离子增强化学气相沉积和金属有机化学气相 沉积等。
物理气相沉积
物理气相沉积是一种利用物理过程在硅片上沉积薄膜 的方法。
通过控制气体流量和能量等参数，可以在硅片上形成 具有高附着力和致密性的薄膜。
光刻与刻蚀、离子注入和化学机械平坦化等步骤。
这些步骤的精确控制对于制造高性能、高可靠性的半导体器件
03
至关重要。
晶圆制备
01
02
03
晶圆制备是半导体制造 工艺的起始步骤，涉及 切割和研磨单晶硅锭， 以获得平滑、无缺陷的
晶圆表面。
晶圆制备过程中，需要 严格控制温度、压力和 化学试剂的浓度，以确 保晶圆的表面质量和几
03 制造工艺中的关键技术
真空技术
01
真空技术是半导体制造中不可或缺的关键技术之一，主要用 于制造薄膜和清洗表面。
02
在真空环境下，可以控制各种物理和化学过程，从而实现高 质量的薄膜沉积和表面处理。
03
常用的真空技术包括真空蒸发、溅射和化学气相沉积等。
化学气相沉积
化学气相沉积是半导体制造中常用的方法之一， 用于在硅片上沉积各种薄膜材料。
制造工艺设备
清洗设备
用于清除晶圆表面的杂质和污 染物，确保表面的洁净度。
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尾部
柴氏長晶法示意圖
充入鈍氣
上拉 旋轉
晶冠 晶體
加熱 線圈
熔融矽
晶種 頸部
坩堝
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)
晶體成長 (30 hrs)
尾部成長 (5 hrs)
晶冠成長 (2 hrs)
冷卻(4 hrs)
等待穩定平 衡(2 hrs)
頸部成長 (1 hr)
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
曝光概念圖
鏡子 光源 過濾器 聚பைடு நூலகம்鏡片 光罩
縮影鏡片 晶片
投影式
晶片
晶座
光罩
(H)
(J)
晶圓 微影製程
晶圓 金屬蝕刻
晶圓 去除光阻
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
雷射修補 Laser Repair
晶圓針測 Circuit Probing 2
IV.半導體構裝
訊號
構裝之目的
電能
◆ 電能傳遞 ◆ 訊號傳遞 ◆ 散熱 ◆ 結構保護與支持
訊號 電能
散熱
散熱
構裝的分類(一)
◆ 依IC晶片數目：
SCP(Single Chip Packages) MCM (Multi-chip Chip Mudule)
接觸式
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:
光阻
乾式蝕刻
薄膜
濕式蝕刻
底材
摻雜(Doping)
◆ 目的: 增加導電性
離子植入法示意圖
如N型半導體加入砷
離子,P型半導體加入
離子束 晶片
硼離子
◆ 常用方法
離子植入機
擴散法 離子植入法
加速器
IC製程簡圖(一)
晶柱後處理流程
長晶
外徑研磨與平邊
化學蝕刻
晶圓研磨
拋光
清洗
切片 晶邊研磨
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
(A) 薄膜
(B)
(Si3N4) 光阻
(Photoresist)
二氧化矽
(SiO2)
晶圓
氧化反應,薄膜沉積 及光阻塗佈
光 罩
晶圓 曝光
IC製程簡圖(二)
(C)
已顯影光阻 (E)
薄膜
二氧化矽
晶圓
顯影
(D)
(F)
晶圓 蝕刻
晶圓 離子植入
參雜物
晶圓 去除光阻
IC製程簡圖(三)
(G)
金屬層
(I)
晶圓
金屬沉積
(e)未參與 物抽離 主氣流
介面邊界層
(b)反應物 被吸附
(c)化學反 應與沉積
(d)未參與 物脫離
微影製程(Photolithography)
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
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:
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….)
蒸
高溫電弧爐還原
半導體製造流程
Front-End 晶圓製造 晶圓針測
Back-End
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
晶圓製造流程
晶圓材料
多晶矽 原料製造
單晶 生長
晶圓 成形
晶圓材料
◆ 分類:
無水氯化氫
餾
純
化
多晶矽棒
SiHCl3
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)
長晶程序(柴式長晶法)
矽金屬及摻雜質的融化 頸部 (Meltdown)
頸部成長(Neck Growth) 晶冠 晶冠成長(Crown Growth) 晶體成長(Body Growth) 晶體 尾部成長(Tail Growth)
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
物理氣相沉積 -- 濺鍍(Sputtering)
晶片
正電極
濺鍍源
負電極
電漿
濺鍍機
化學氣相沉積
(a)氣體擴散
II.晶圓處理
晶圓處理流程
氧化反應
薄膜沉積
微影製程
金屬化 製程
摻雜
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)
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
晶圓
降低微粒附著
增加機械強度
◆ 表面拋光
去除微缺陷
平坦化
晶圓清潔(Cleaning)(一)
◆ SC-1(RCA standard clean 1)
化學品:NH4OH,H2O2,H2O 目的:清除微粒子
◆ 方式
輪磨 化學蝕刻 晶面抹磨
輪磨示意圖
鑽石砂輪
晶圓
真空吸盤
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
◆ 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
柴氏長晶法示意圖
充入鈍氣
上拉 旋轉
晶冠 晶體
加熱 線圈
熔融矽
晶種 頸部
坩堝
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)
晶體成長 (30 hrs)
尾部成長 (5 hrs)
晶冠成長 (2 hrs)
冷卻(4 hrs)
等待穩定平 衡(2 hrs)
頸部成長 (1 hr)
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
曝光概念圖
鏡子 光源 過濾器 聚பைடு நூலகம்鏡片 光罩
縮影鏡片 晶片
投影式
晶片
晶座
光罩
(H)
(J)
晶圓 微影製程
晶圓 金屬蝕刻
晶圓 去除光阻
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
雷射修補 Laser Repair
晶圓針測 Circuit Probing 2
IV.半導體構裝
訊號
構裝之目的
電能
◆ 電能傳遞 ◆ 訊號傳遞 ◆ 散熱 ◆ 結構保護與支持
訊號 電能
散熱
散熱
構裝的分類(一)
◆ 依IC晶片數目：
SCP(Single Chip Packages) MCM (Multi-chip Chip Mudule)
接觸式
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:
光阻
乾式蝕刻
薄膜
濕式蝕刻
底材
摻雜(Doping)
◆ 目的: 增加導電性
離子植入法示意圖
如N型半導體加入砷
離子,P型半導體加入
離子束 晶片
硼離子
◆ 常用方法
離子植入機
擴散法 離子植入法
加速器
IC製程簡圖(一)
晶柱後處理流程
長晶
外徑研磨與平邊
化學蝕刻
晶圓研磨
拋光
清洗
切片 晶邊研磨
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
(A) 薄膜
(B)
(Si3N4) 光阻
(Photoresist)
二氧化矽
(SiO2)
晶圓
氧化反應,薄膜沉積 及光阻塗佈
光 罩
晶圓 曝光
IC製程簡圖(二)
(C)
已顯影光阻 (E)
薄膜
二氧化矽
晶圓
顯影
(D)
(F)
晶圓 蝕刻
晶圓 離子植入
參雜物
晶圓 去除光阻
IC製程簡圖(三)
(G)
金屬層
(I)
晶圓
金屬沉積
(e)未參與 物抽離 主氣流
介面邊界層
(b)反應物 被吸附
(c)化學反 應與沉積
(d)未參與 物脫離
微影製程(Photolithography)
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
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:
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….)
蒸
高溫電弧爐還原
半導體製造流程
Front-End 晶圓製造 晶圓針測
Back-End
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
晶圓製造流程
晶圓材料
多晶矽 原料製造
單晶 生長
晶圓 成形
晶圓材料
◆ 分類:
無水氯化氫
餾
純
化
多晶矽棒
SiHCl3
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)
長晶程序(柴式長晶法)
矽金屬及摻雜質的融化 頸部 (Meltdown)
頸部成長(Neck Growth) 晶冠 晶冠成長(Crown Growth) 晶體成長(Body Growth) 晶體 尾部成長(Tail Growth)
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
物理氣相沉積 -- 濺鍍(Sputtering)
晶片
正電極
濺鍍源
負電極
電漿
濺鍍機
化學氣相沉積
(a)氣體擴散
II.晶圓處理
晶圓處理流程
氧化反應
薄膜沉積
微影製程
金屬化 製程
摻雜
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)
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
晶圓
降低微粒附著
增加機械強度
◆ 表面拋光
去除微缺陷
平坦化
晶圓清潔(Cleaning)(一)
◆ SC-1(RCA standard clean 1)
化學品:NH4OH,H2O2,H2O 目的:清除微粒子
◆ 方式
輪磨 化學蝕刻 晶面抹磨
輪磨示意圖
鑽石砂輪
晶圓
真空吸盤
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
◆ 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