Wafer制程和IC封装制程专题培训课件
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Wafer制程和IC封装制程
报告内容
前言 Wafer 制程 IC封装制程
前言
IC制程
前道工序 （1）晶圆片制造 （2）晶圆制造
后道工序
（1）晶圆测试
（2）IC芯片封装 及测试
Wafer制程
一、晶圆片制造
2 step
切片
1 step
硅晶棒
4 step
3 step
研磨
出厂准备
product
晶圆片
线切割： 损耗少、切 割速度快， 进而可以减 少成本等， 适用于大直 径的晶圆
切割损耗0.6mm
切割损耗0.3mm
Wafer制程
3(1)、研磨 1.晶边研磨 将切割后片状晶圆的边缘以磨具研磨成光滑的圆弧形。 防止边破碎； 避免热应力集中； 使光阻剂于表面均有分布。 3(2).晶片研磨与蚀刻 采用物理与化学的方法，除去切割或边磨所造成的锯痕 或表面破坏层，同时使晶面表面达到可进行抛光处理的 平坦度。
• 光阻：亦称为光阻剂，是一个用在许多工业制程上的光敏材料。像是 光刻技术，可以在材料表面刻上一个图案的被覆层。主要由树脂，感 光剂，溶剂三种成分混合而成。
正向光阻 光影剂曝光后解离成小分子，溶解在有曝光的区域 未曝光的区域变硬
负向光阻 显影剂溶解没有曝光的区域 曝光的区域变硬
微影流程
HMDS 1. 气相成底膜
Wafer制程
（2）光罩制造主要流程
电子束或镭射光
显影液
光阻
铬膜
石英玻璃 空白片 铬膜（线路图）
曝光
显影 蚀刻液
量测 检验
去光阻 石英玻璃
蚀刻
Wafer制程
• 光罩品质特性与检验
1. CD值（微距，单位um），一般指光罩图型的线宽大 小
2. 图型及佈局确性（Pattern/Layout） 3. 缺陷（Defect） 4. 叠对性（Overlay）
区域去除 干式蚀刻（电浆蚀刻）
利用电浆离子来攻击晶片表面原 子或是电浆离子与表面原子产生化合 反应来达到移除薄膜的目的。 电浆蚀刻法 反应性离子蚀刻法
扩散/离子植入
• 扩散/离子植入 是电晶体结构中一项相当重要的技术。因为硅晶中一般 须加入电活性杂质原子（如三价的硼、五价的磷或砷）来控制半导体， 形成PN结，改进材料的性质，提供特定的电气特性
扩散 目的：由外来的杂质，使原本单纯的半导体材料的键结形态和能隙产生
变化，进而改变它的导电性 离子植入
杂质经高能量加速后射入晶圆表面，进入未屏障的区域
擴散與離子植入的比較
热处理
• 在离布佈植后必须有一段热处理的步骤，去除 晶体中的缺陷或减低其密度。 热处理通常在 石英管惰性气体中进行。热处理温度一般在摄 氏1100度以下。時間视消除缺陷及杂志分布的 需要而定。 • 回火(Annealing) 接在离子植入法之后的过程 高温炉管加热让晶格重整
化学气相沉积（CVD）
较为常见的的CVD薄膜有：二氧化硅、氮化硅、多晶硅耐火金属与这类 金属的硅化物
物理气相沉积(PVD)
电化学气相沉积
微影制程
• 原理：在晶片表面上覆上一层感光材料，透过光罩的图形，使晶片表 面的感光材料进行选择性的感光。
• 光学微影技术是一个图案化的制程，用紫外线把光罩设计好的图案转 印在涂布晶圆表面的光阻上。
光刻胶 2. 旋转涂胶
3. 软烘
UV光 掩膜版
4. 对准和曝光
5. 曝光后烘焙
O2
去等胶离清子洗体 返工
不合格硅片
8. 显影后检查
7. 坚膜烘焙
离子注入
合格硅片
刻蚀
6. 显影
晶圆清洁：去除氧化物、杂质、油脂和水分子
光阻自旋涂布：形成一层厚度均匀的光阻层
软烘烤：使光阻由原来的液态转变成固态的薄膜，并使光阻层对晶片表面的附着力增强
Wafer制程
2、晶圆制造基本过程 垫底准备并涂上保护层 涂布光阻
光罩 光刻 去光阻
由於 IC 的電路是分多層製作在晶片上，故上述之流程會重複數次
磊晶
（1）晶圆清洗
移除粒子，有机物质，金属，及原生氧化层 避免晶片内电路形成短路或断路的现象
（2）磊晶
在晶圆经过适当的清洗后，送到热炉管内，在含氧的 环境中，以加热氧化的方式在晶圆表面形成一层SiO2层， 增强半导体晶片的工作效能。
Wafer制程
4、出厂准备
清洗：用各种高度洁净的清洗液与超音波处理，除去芯 片表面的所有污染物质，使芯片达到可进行下一步加工 的状态。 检验：检查晶圆片表面清洁度、平坦度等各项规格，以 确保品质符合顾客的要求。 包装：使用合适的包装，使芯片处于无尘及洁净的状态 ，同时预防搬运过程中发生的振动使芯片受损
Wafer制程
二、晶圆制造
清洗
形成薄膜
热处理
微影 去光阻
光罩 蚀刻 扩散/离
子植入
Wafer制程
1、光罩制程
（1）、光罩： 在制作IC的过程中，通过电脑辅助 设计系统的协助，将电路工程师设计的电 路，以电子束或镭射光曝光，将电路刻印 在石英玻璃基板上，此时刻印电路的石英 玻璃基板就称为光罩，晶圆厂通过光罩曝 光将电路转移到晶圆上
Wafer制程
1、单晶硅晶棒的制作
将多晶硅熔解在石英炉中，然后依靠一根石英棒 慢慢的拉出纯净的单晶硅棒。 CZ 法（Czochralski 法，柴式長晶法）
拉晶时，将特定晶向Baidu Nhomakorabea晶种，浸入过饱和的纯硅 熔汤中，并同时旋转拉出，硅原子便依照晶种晶向， 乖乖地一层层成长上去，而得出所谓的晶棒 FZ 法（Floating Zone 法，浮融長晶法）
曝光：利用光源透过关罩图案照射在光阻上，以实现图案的转移
显影：将曝光后的光阻层以显影剂将光阻层所转移的图案显示出来
硬烘烤：加强光阻的附着力，以便利于后续的制程
蚀刻制程
• 在半导体制程中，通过蚀刻将封光阻 底下的薄膜或是基材进行选择性的蚀 刻。（将某种材质从晶圆表面上移除 ，留下IC电路结构）
湿式蚀刻 利用化学溶液将未被光阻覆盖的
Wafer制程
2(1)、单晶硅棒的切割（切片）
从坩埚中拉出的晶柱，表面并不平整，经磨成平滑的圆柱后，并切 除头尾两端锥状段，形成标准的圆柱，被切除或磨削的部份则回收重新 冶炼。接着以以高硬度锯片或线锯将圆柱切成片状的晶圆(Wafer)
Wafer制程
2(2)、单晶硅棒的切割（晶块的切割）
切割刀
线切割
薄膜保护层形成
为制成不同的元件及集成电路，会在晶片上长不同的薄膜层，这些薄膜 层可分为四类： – 热氧化层(thermal oxide layer) – 介质层(dielectric layer) – 硅晶聚合物(polysilicon layer) – 金属层(metal layer)
薄膜保护层形成技术：化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）、 电化学气相沉积成膜。
报告内容
前言 Wafer 制程 IC封装制程
前言
IC制程
前道工序 （1）晶圆片制造 （2）晶圆制造
后道工序
（1）晶圆测试
（2）IC芯片封装 及测试
Wafer制程
一、晶圆片制造
2 step
切片
1 step
硅晶棒
4 step
3 step
研磨
出厂准备
product
晶圆片
线切割： 损耗少、切 割速度快， 进而可以减 少成本等， 适用于大直 径的晶圆
切割损耗0.6mm
切割损耗0.3mm
Wafer制程
3(1)、研磨 1.晶边研磨 将切割后片状晶圆的边缘以磨具研磨成光滑的圆弧形。 防止边破碎； 避免热应力集中； 使光阻剂于表面均有分布。 3(2).晶片研磨与蚀刻 采用物理与化学的方法，除去切割或边磨所造成的锯痕 或表面破坏层，同时使晶面表面达到可进行抛光处理的 平坦度。
• 光阻：亦称为光阻剂，是一个用在许多工业制程上的光敏材料。像是 光刻技术，可以在材料表面刻上一个图案的被覆层。主要由树脂，感 光剂，溶剂三种成分混合而成。
正向光阻 光影剂曝光后解离成小分子，溶解在有曝光的区域 未曝光的区域变硬
负向光阻 显影剂溶解没有曝光的区域 曝光的区域变硬
微影流程
HMDS 1. 气相成底膜
Wafer制程
（2）光罩制造主要流程
电子束或镭射光
显影液
光阻
铬膜
石英玻璃 空白片 铬膜（线路图）
曝光
显影 蚀刻液
量测 检验
去光阻 石英玻璃
蚀刻
Wafer制程
• 光罩品质特性与检验
1. CD值（微距，单位um），一般指光罩图型的线宽大 小
2. 图型及佈局确性（Pattern/Layout） 3. 缺陷（Defect） 4. 叠对性（Overlay）
区域去除 干式蚀刻（电浆蚀刻）
利用电浆离子来攻击晶片表面原 子或是电浆离子与表面原子产生化合 反应来达到移除薄膜的目的。 电浆蚀刻法 反应性离子蚀刻法
扩散/离子植入
• 扩散/离子植入 是电晶体结构中一项相当重要的技术。因为硅晶中一般 须加入电活性杂质原子（如三价的硼、五价的磷或砷）来控制半导体， 形成PN结，改进材料的性质，提供特定的电气特性
扩散 目的：由外来的杂质，使原本单纯的半导体材料的键结形态和能隙产生
变化，进而改变它的导电性 离子植入
杂质经高能量加速后射入晶圆表面，进入未屏障的区域
擴散與離子植入的比較
热处理
• 在离布佈植后必须有一段热处理的步骤，去除 晶体中的缺陷或减低其密度。 热处理通常在 石英管惰性气体中进行。热处理温度一般在摄 氏1100度以下。時間视消除缺陷及杂志分布的 需要而定。 • 回火(Annealing) 接在离子植入法之后的过程 高温炉管加热让晶格重整
化学气相沉积（CVD）
较为常见的的CVD薄膜有：二氧化硅、氮化硅、多晶硅耐火金属与这类 金属的硅化物
物理气相沉积(PVD)
电化学气相沉积
微影制程
• 原理：在晶片表面上覆上一层感光材料，透过光罩的图形，使晶片表 面的感光材料进行选择性的感光。
• 光学微影技术是一个图案化的制程，用紫外线把光罩设计好的图案转 印在涂布晶圆表面的光阻上。
光刻胶 2. 旋转涂胶
3. 软烘
UV光 掩膜版
4. 对准和曝光
5. 曝光后烘焙
O2
去等胶离清子洗体 返工
不合格硅片
8. 显影后检查
7. 坚膜烘焙
离子注入
合格硅片
刻蚀
6. 显影
晶圆清洁：去除氧化物、杂质、油脂和水分子
光阻自旋涂布：形成一层厚度均匀的光阻层
软烘烤：使光阻由原来的液态转变成固态的薄膜，并使光阻层对晶片表面的附着力增强
Wafer制程
2、晶圆制造基本过程 垫底准备并涂上保护层 涂布光阻
光罩 光刻 去光阻
由於 IC 的電路是分多層製作在晶片上，故上述之流程會重複數次
磊晶
（1）晶圆清洗
移除粒子，有机物质，金属，及原生氧化层 避免晶片内电路形成短路或断路的现象
（2）磊晶
在晶圆经过适当的清洗后，送到热炉管内，在含氧的 环境中，以加热氧化的方式在晶圆表面形成一层SiO2层， 增强半导体晶片的工作效能。
Wafer制程
4、出厂准备
清洗：用各种高度洁净的清洗液与超音波处理，除去芯 片表面的所有污染物质，使芯片达到可进行下一步加工 的状态。 检验：检查晶圆片表面清洁度、平坦度等各项规格，以 确保品质符合顾客的要求。 包装：使用合适的包装，使芯片处于无尘及洁净的状态 ，同时预防搬运过程中发生的振动使芯片受损
Wafer制程
二、晶圆制造
清洗
形成薄膜
热处理
微影 去光阻
光罩 蚀刻 扩散/离
子植入
Wafer制程
1、光罩制程
（1）、光罩： 在制作IC的过程中，通过电脑辅助 设计系统的协助，将电路工程师设计的电 路，以电子束或镭射光曝光，将电路刻印 在石英玻璃基板上，此时刻印电路的石英 玻璃基板就称为光罩，晶圆厂通过光罩曝 光将电路转移到晶圆上
Wafer制程
1、单晶硅晶棒的制作
将多晶硅熔解在石英炉中，然后依靠一根石英棒 慢慢的拉出纯净的单晶硅棒。 CZ 法（Czochralski 法，柴式長晶法）
拉晶时，将特定晶向Baidu Nhomakorabea晶种，浸入过饱和的纯硅 熔汤中，并同时旋转拉出，硅原子便依照晶种晶向， 乖乖地一层层成长上去，而得出所谓的晶棒 FZ 法（Floating Zone 法，浮融長晶法）
曝光：利用光源透过关罩图案照射在光阻上，以实现图案的转移
显影：将曝光后的光阻层以显影剂将光阻层所转移的图案显示出来
硬烘烤：加强光阻的附着力，以便利于后续的制程
蚀刻制程
• 在半导体制程中，通过蚀刻将封光阻 底下的薄膜或是基材进行选择性的蚀 刻。（将某种材质从晶圆表面上移除 ，留下IC电路结构）
湿式蚀刻 利用化学溶液将未被光阻覆盖的
Wafer制程
2(1)、单晶硅棒的切割（切片）
从坩埚中拉出的晶柱，表面并不平整，经磨成平滑的圆柱后，并切 除头尾两端锥状段，形成标准的圆柱，被切除或磨削的部份则回收重新 冶炼。接着以以高硬度锯片或线锯将圆柱切成片状的晶圆(Wafer)
Wafer制程
2(2)、单晶硅棒的切割（晶块的切割）
切割刀
线切割
薄膜保护层形成
为制成不同的元件及集成电路，会在晶片上长不同的薄膜层，这些薄膜 层可分为四类： – 热氧化层(thermal oxide layer) – 介质层(dielectric layer) – 硅晶聚合物(polysilicon layer) – 金属层(metal layer)
薄膜保护层形成技术：化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）、 电化学气相沉积成膜。