半导体制程概论02
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• 0% 良率: 150+1200 = $1350/晶圓
銷售:
• 100%良率: 20050 = $10,000/晶圓 • 50%良率: 10050 = $5,000/晶圓
• 0%良率: 050 = $0.00/晶圓
獲利 空間:
• 100%良率: 10000 - 2350 = $7650/晶圓 • 50%良率: 5000 - 1850 = $3150/wafer
殺手缺陷
Y = 28/32 = 87.5%
Y = 2/6 = 33.3%
Hong Xiao, Ph. D.
15
晶圓產品的解說
晶粒
測試晶粒
Hong Xiao, Ph. D.
16
晶圓產品的解說
切割道 測試結構
晶粒
Hong Xiao, Ph. D.
17
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
Hong Xiao, Ph. D.
12
生產量
• 可以生產的晶圓數量
– 生產工廠: 晶圓 / 月 (典型值 10,000) – 工具: 晶圓 / 小時 (典型值 60)
• 高良率, 高產量
Hong Xiao, Ph. D.
13
缺陷與良率
Y 1 (1 DA)n
Hong Xiao, Ph. D.
14
良率和晶粒尺寸
• 銷售:
– ~200 晶片/晶圓 – ~$50/晶片 ( 2000年的低階處理器)
*晶圓成本, 每片晶圓的晶片數,以及晶片價格的變動 ,此處的數字是隨機一般獲得 的資訊
Hong Xiao, Ph. D.
9
生產工廠如何賺 (賠 ) 錢
成本:
• 100% 良率: 150+1200+1000 = $2350/晶圓 • 50% 良率: 150+1200+500 = $1850/晶圓
22
光罩上粒子污染效應
光罩上 的粒子
正光阻上 負光阻上 的殘留物 的洞孔
薄膜 基片
薄膜 基片
Hong Xiao, Ph. D.
23
粒子污染的效應
光阻中的摻雜物 光阻
離子束
微粒
屏蔽氧化層
局部佈植的接面
Hong Xiao, Ph. D.
24
補充空氣
無塵室結構
風扇
補充空氣
設備區 1000級
製程工具
HEPA過濾網
• 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
Hong Xiao, Ph. D.
20
無塵室等級
100000
10000
粒子總數 / 立方英尺
1000
100
10
1
0.1
0.1
1.0
10
以微米為單位的粒子尺寸
Hong Xiao, Ph. D.
• 0%良率: 0 - 1350 = - $1350/晶圓
Hong Xiao, Ph. D.
10
Question
• 假如積體電路製造的每一道製程步驟的 晶粒良率都是99%，而且共有600道製程 步驟，試問整體的晶粒良率是多少?
Hong Xiao, Ph. D.
11
解答
• 相當於99% 自乘600 次 • 0.99600 = 0.0024 = 0.24% • 幾乎沒有良率可言!!
Chapter 2積體電路生產 的簡介
Hong Xiao, Ph. D.
Hong Xiao, Ph. D.
1
目標
• 定義極解釋良率的重要性 • 描述無塵室的基本佈局圖. • 解釋無塵室協議規範的重要性 • 列出在積體電路製程的四種基本操作方式 • 列出至少六種在積體電路生產廠房內的製程區
間名稱 • 解釋晶片封裝的目的 • 描述標準的打線接合製程與覆晶接合製程
• 無塵室 • 設備, 每一項工具經常 > $1M • 材料, 高純度, 超高程度 • 設施 • 人員, 訓練和薪酬
Hong Xiao, Ph. D.
4
晶圓良率
完好的晶圓數目 YW 使用的晶圓數目
Hong Xiao, Ph. D.
5
晶粒良率
完好的晶粒數目 YD 晶圓上的晶粒總數
Hong Xiao, Ph. D.
26
最少化微粒環境的無塵室
補充空氣
風扇
補充空氣
HEPA過濾網
HEPA過濾網
設備區 1000級
<1級
製程工具
製程工具
設備區 1000級
回風
Hong Xiao, Ph. D.
孔狀框型高架地板
幫浦、電力 供應系統
27
手套、髮套和鞋套架
更衣區
Hong Xiao, Ph. D.
18
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
Hong Xiao, Ph. D.
19
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
6
封裝良率
完好的晶片數目 YC 晶片的總數
Hong Xiao, Ph. D.
7
整體的良率
YT = YWYDYC
整體的良率可以決定一間生產工廠是賺前 還是賠錢
Hong Xiao, Ph. D.
8
生產廠房為何賺(賠)錢
• 成本:
– 晶圓 (8”): ~$150/晶圓* – 處理: ~$1200 ($2/晶圓/步驟, 600步驟) – 封裝: ~$5/晶片
21
依聯邦標準209E定義所制定之空氣 含微粒子的潔凈等級表
等級
0.1 mm
粒子 / 立方英尺 0.2 mm 0.3 mm 0.5 mm
5 mm
M-1
9.8
2.12
0.865
0.28
1
35
7.5
3
1
10
350
75
30
10
100
750
300
100
1000
1000
7
10000
10000
70
Hong Xiao, Ph. D.
設備區 1000級
1級
製程工具
製程區
回風
Hong Xiao, Ph. D.
孔狀框型高架地板
幫浦、電力 供應系統
25
最少化微粒環境
• 等級1000的無塵室, 較低的成本 • 董事長會議室的安排方式,製程和設備之
間無牆面阻隔 • 在晶圓和製程工具的周圍環境較等級1佳 • 製程工具間晶圓轉移自動化
Hong Xiao, Ph. D.
Hong Xiao, Ph. D.
2
積體電路生產流程
材料 晶圓 光罩
積體電路生產廠房
金屬化
化學機械 研磨
介電質沉 積
加熱 製程
離子佈植與 光阻剝除
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ蝕刻與光 阻剝除
微影製程
設計
Hong Xiao, Ph. D.
測試 封裝 最後測試
3
生產廠房的成本
• 生產廠房的成本非常高，八吋晶圓的生 產廠房成本> $1B
銷售:
• 100%良率: 20050 = $10,000/晶圓 • 50%良率: 10050 = $5,000/晶圓
• 0%良率: 050 = $0.00/晶圓
獲利 空間:
• 100%良率: 10000 - 2350 = $7650/晶圓 • 50%良率: 5000 - 1850 = $3150/wafer
殺手缺陷
Y = 28/32 = 87.5%
Y = 2/6 = 33.3%
Hong Xiao, Ph. D.
15
晶圓產品的解說
晶粒
測試晶粒
Hong Xiao, Ph. D.
16
晶圓產品的解說
切割道 測試結構
晶粒
Hong Xiao, Ph. D.
17
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
Hong Xiao, Ph. D.
12
生產量
• 可以生產的晶圓數量
– 生產工廠: 晶圓 / 月 (典型值 10,000) – 工具: 晶圓 / 小時 (典型值 60)
• 高良率, 高產量
Hong Xiao, Ph. D.
13
缺陷與良率
Y 1 (1 DA)n
Hong Xiao, Ph. D.
14
良率和晶粒尺寸
• 銷售:
– ~200 晶片/晶圓 – ~$50/晶片 ( 2000年的低階處理器)
*晶圓成本, 每片晶圓的晶片數,以及晶片價格的變動 ,此處的數字是隨機一般獲得 的資訊
Hong Xiao, Ph. D.
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生產工廠如何賺 (賠 ) 錢
成本:
• 100% 良率: 150+1200+1000 = $2350/晶圓 • 50% 良率: 150+1200+500 = $1850/晶圓
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光罩上粒子污染效應
光罩上 的粒子
正光阻上 負光阻上 的殘留物 的洞孔
薄膜 基片
薄膜 基片
Hong Xiao, Ph. D.
23
粒子污染的效應
光阻中的摻雜物 光阻
離子束
微粒
屏蔽氧化層
局部佈植的接面
Hong Xiao, Ph. D.
24
補充空氣
無塵室結構
風扇
補充空氣
設備區 1000級
製程工具
HEPA過濾網
• 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
Hong Xiao, Ph. D.
20
無塵室等級
100000
10000
粒子總數 / 立方英尺
1000
100
10
1
0.1
0.1
1.0
10
以微米為單位的粒子尺寸
Hong Xiao, Ph. D.
• 0%良率: 0 - 1350 = - $1350/晶圓
Hong Xiao, Ph. D.
10
Question
• 假如積體電路製造的每一道製程步驟的 晶粒良率都是99%，而且共有600道製程 步驟，試問整體的晶粒良率是多少?
Hong Xiao, Ph. D.
11
解答
• 相當於99% 自乘600 次 • 0.99600 = 0.0024 = 0.24% • 幾乎沒有良率可言!!
Chapter 2積體電路生產 的簡介
Hong Xiao, Ph. D.
Hong Xiao, Ph. D.
1
目標
• 定義極解釋良率的重要性 • 描述無塵室的基本佈局圖. • 解釋無塵室協議規範的重要性 • 列出在積體電路製程的四種基本操作方式 • 列出至少六種在積體電路生產廠房內的製程區
間名稱 • 解釋晶片封裝的目的 • 描述標準的打線接合製程與覆晶接合製程
• 無塵室 • 設備, 每一項工具經常 > $1M • 材料, 高純度, 超高程度 • 設施 • 人員, 訓練和薪酬
Hong Xiao, Ph. D.
4
晶圓良率
完好的晶圓數目 YW 使用的晶圓數目
Hong Xiao, Ph. D.
5
晶粒良率
完好的晶粒數目 YD 晶圓上的晶粒總數
Hong Xiao, Ph. D.
26
最少化微粒環境的無塵室
補充空氣
風扇
補充空氣
HEPA過濾網
HEPA過濾網
設備區 1000級
<1級
製程工具
製程工具
設備區 1000級
回風
Hong Xiao, Ph. D.
孔狀框型高架地板
幫浦、電力 供應系統
27
手套、髮套和鞋套架
更衣區
Hong Xiao, Ph. D.
18
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
Hong Xiao, Ph. D.
19
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
6
封裝良率
完好的晶片數目 YC 晶片的總數
Hong Xiao, Ph. D.
7
整體的良率
YT = YWYDYC
整體的良率可以決定一間生產工廠是賺前 還是賠錢
Hong Xiao, Ph. D.
8
生產廠房為何賺(賠)錢
• 成本:
– 晶圓 (8”): ~$150/晶圓* – 處理: ~$1200 ($2/晶圓/步驟, 600步驟) – 封裝: ~$5/晶片
21
依聯邦標準209E定義所制定之空氣 含微粒子的潔凈等級表
等級
0.1 mm
粒子 / 立方英尺 0.2 mm 0.3 mm 0.5 mm
5 mm
M-1
9.8
2.12
0.865
0.28
1
35
7.5
3
1
10
350
75
30
10
100
750
300
100
1000
1000
7
10000
10000
70
Hong Xiao, Ph. D.
設備區 1000級
1級
製程工具
製程區
回風
Hong Xiao, Ph. D.
孔狀框型高架地板
幫浦、電力 供應系統
25
最少化微粒環境
• 等級1000的無塵室, 較低的成本 • 董事長會議室的安排方式,製程和設備之
間無牆面阻隔 • 在晶圓和製程工具的周圍環境較等級1佳 • 製程工具間晶圓轉移自動化
Hong Xiao, Ph. D.
Hong Xiao, Ph. D.
2
積體電路生產流程
材料 晶圓 光罩
積體電路生產廠房
金屬化
化學機械 研磨
介電質沉 積
加熱 製程
離子佈植與 光阻剝除
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ蝕刻與光 阻剝除
微影製程
設計
Hong Xiao, Ph. D.
測試 封裝 最後測試
3
生產廠房的成本
• 生產廠房的成本非常高，八吋晶圓的生 產廠房成本> $1B