半导体制程概论02课件.ppt

1、Hong Xiao, Ph. D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm1Chapter 2積體電路生產的簡介Hong Xiao, Ph. DHong Xiao, Ph. D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm2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Hong Xiao, Ph. D.www2.austin.cc.tx.us/Hon

2、gXiao/Book.htm3積體電路生產流程材料設計光罩光罩積體電路生產廠房測試 封裝最後測試加熱製程微影製程離子佈植與光阻剝除 金屬化化學機械研磨介電質沉積晶圓蝕刻與光阻剝除Hong Xiao, Ph. D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm4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 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.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm5晶圓良率使用的晶圓數目完好的晶圓數目

3、WYHong Xiao, Ph. D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm6晶粒良率晶圓上的晶粒總數完好的晶粒數目DYHong Xiao, Ph. D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm7封裝良率晶片的總數完好的晶片數目CYHong Xiao, Ph. D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm8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.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.

4、htm9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 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.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm10生產工廠如何賺 (賠 ) 錢 100% 良率良率: 150+1200+1000 = $2350/晶圓晶圓 50% 良率: 150+1200+500 = $1850/晶圓 0% 良率

5、: 150+1200 = $1350/晶圓 100%良率良率: 200 50 = $10,000/晶圓晶圓 50%良率: 10050 = $5,000/晶圓 0%良率: 050 = $0.00/晶圓 100%良率良率: 10000 - - 2350 = $7650/晶圓晶圓 50%良率: 5000 - 1850 = $3150/wafer 0%良率: 0 - 1350 = - $1350/晶圓成本:銷售:獲利空間:Hong Xiao, Ph. D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm11Question 假如積體電路製造的每一道製程步驟的晶粒良率都是99

6、%，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.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm12解答 相當於99% 自乘600 次 0.99600 = 0.0024 = 0.24% 幾乎沒有良率可言!Hong Xiao, Ph. D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm13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.www2.austin.cc.tx.u

7、s/HongXiao/Book.htm14缺陷與良率nDAY)1 (1Hong Xiao, Ph. D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm15良率和晶粒尺寸Y = 28/32 = 87.5%Y = 2/6 = 33.3%殺手缺陷Hong Xiao, Ph. D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm16晶圓產品的解說 測試晶粒 晶粒Hong Xiao, Ph. D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm17晶圓產品的解說切割道晶粒測試結構Hong Xiao, Ph. D.www

8、2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm18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.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm19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.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm20無塵室等級 等級 10：每立方英尺內其直徑大

9、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Hong Xiao, Ph. D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm21無塵室等級0.1110100100010000100000Class 100,000Class 10,000Class 1,000Class 100Class 10Class 1粒子總數 / 立方英尺0.11.010以微米為單位的粒子尺寸Class M-1Hong Xiao, Ph. D.www2.austin.cc.tx.us/H

10、ongXiao/Book.htm22依聯邦標準209E定義所制定之空氣含微粒子的潔凈等級表 等級粒子 / 立方英尺0.1 mm0.2 mm0.3 mm0.5 mm5 mmM-19.82.120.8650.28 1357.531 10350753010 100 750300100 1000 1000710000 1000070Hong Xiao, Ph. D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm23光罩上粒子污染效應光罩上的粒子正光阻上的殘留物負光阻上的洞孔薄膜薄膜基片基片Hong Xiao, Ph. D.www2.austin.cc.tx.us/Hong

11、Xiao/Book.htm24粒子污染的效應局部佈植的接面微粒離子束光阻屏蔽氧化層光阻中的摻雜物Hong Xiao, Ph. D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm25無塵室結構製程區設備區 1000級設備區 1000級孔狀框型高架地板回風HEPA過濾網風扇幫浦、電力供應系統製程工具製程工具補充空氣補充空氣1 級Hong Xiao, Ph. D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm26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

12、等級1佳 製程工具間晶圓轉移自動化Hong Xiao, Ph. D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm27最少化微粒環境的無塵室設備區 1000級設備區 1000級孔狀框型高架地板回風HEPA過濾網風扇幫浦、電力供應系統製程工具補充空氣補充空氣製程工具HEPA過濾網 1 級Hong Xiao, Ph. D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm28更衣區無塵衣掛架長椅手套、髮套和鞋套架棄物箱刷洗 / 清潔位置儲物區手套架手套架入口往無塵室Hong Xiao, Ph. D.www2.austin.cc.tx.us/H

13、ongXiao/Book.htm29積體電路製程流程圖微影技術薄膜成長、沉積，且(或)化學機械研磨蝕刻光阻剝除光阻剝除離子佈植快速高溫回火或擴散Hong Xiao, Ph. D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm30半導體生產工廠的平面圖製程區間更衣區走道設備區拉門服務區Hong Xiao, Ph. D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm31半導體生產工廠基本平面圖更衣區緊急出口服務區製程和度量工具Hong Xiao, Ph. D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm32

14、濕式製程乾燥蝕刻、光阻塗佈或清洗沖洗Hong Xiao, Ph. D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm33中心帶區平帶區距離溫度加熱線圈石英管氣流晶圓水平爐管Hong Xiao, Ph. D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm34垂直爐管製程反應室晶圓塔狀承座加熱器Hong Xiao, Ph. D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm35軌道步進機整合示意圖加熱平台底層塗佈反應室冷卻平台冷卻平台自旋塗佈站顯影站步進機晶圓移動方向晶圓Hong Xiao, Ph. D.ww

15、w2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm36具備蝕刻和光阻剝除反應室的群集工具轉換室光阻剝除反應室裝載站蝕刻反應室光阻剝除反應室蝕刻反應室卸載站機械手臂Hong Xiao, Ph. D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm37具備介電質化學氣相沉積(CVD)及回蝕刻反應室的群集工具轉換室裝載站PECVD反應室O3-TOES 反應室卸載站機械手臂Ar 離子濺射室Hong Xiao, Ph. D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm38具有氣相沉積(PVD)反應室的群集工具轉換室裝載站T

16、i/TiN反應室AlCu反應室卸載站機械手臂AlCu反應室Ti/TiN反應室Hong Xiao, Ph. D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm39乾進、乾出多研磨頭的化學機械研磨(CMP)系統晶圓裝載及等待位置CMP後段清潔位置清洗位置乾燥及晶圓卸載位置多研磨頭研磨機研磨襯墊清潔機台研磨頭Hong Xiao, Ph. D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm40製程區和設備區製程區設備區設備區製程工具電腦桌與度量工具桌服務區拉門晶圓裝載門Hong Xiao, Ph. D.www2.austin.cc.tx.us

17、/HongXiao/Book.htm41測試結果失效晶粒Hong Xiao, Ph. D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm42晶片接合結構矽晶片晶片背面金屬化焊接材料基片金屬化基片(金屬或陶瓷)微電子元件和電路融熔及凝固Hong Xiao, Ph. D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm43打線接合製程金屬線形成融熔金屬球接合墊片接合墊片接合墊片緊壓使之連結接合墊片打線頭退返線夾Hong Xiao, Ph. D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm44打線接合製程引線接

18、合墊片接合墊片引線施壓及加熱使金屬線連結引線線夾閉合加熱以截斷金屬線Hong Xiao, Ph. D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm45帶有接合墊片的積體電路晶片接合墊片Hong Xiao, Ph. D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm46IC晶片封裝引線端晶片接合墊片Hong Xiao, Ph. D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm47具有金屬凸塊的積體電路晶片凸塊Hong Xiao, Ph. D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/B

19、ook.htm48覆晶封裝晶片凸塊插座引線端Hong Xiao, Ph. D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm49凸塊接觸晶片凸塊插座引線端Hong Xiao, Ph. D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm50加熱和凸塊融熔晶片凸塊插座引線端Hong Xiao, Ph. D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm51覆晶封裝技術晶片插座引線端Hong Xiao, Ph. D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm52塑膠封裝的封膠空腔截面圖接合線IC晶片腳架Pins晶片接合金屬化頂部凹槽底部凹槽封膠空腔Hong Xiao, Ph. D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm53陶瓷封裝陶瓷覆蓋層接合線IC晶片引線架, 第 1 層引線端覆蓋層密封金屬化晶片接合金屬化第 2 層第 2 層Hong Xiao, Ph. D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm54概要 整體良率 良率決定生產工廠的盈虧 無塵室和無塵室協議規範 製程區間 製程, 設備, 以及設備區 晶粒測試, 晶圓薄化, 晶粒分離, 晶片封裝, 以及最後測試