半导体制程概论优秀课件.ppt

《半导体制程概论优秀课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《半导体制程概论优秀课件.ppt（53页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、半导体制程概论Hong Xiao,Ph.D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm1第1 页，本讲稿共53 页Hong 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第2 页，本讲稿共53 页Hong Xiao,Ph.D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Bo

2、ok.htm 3積體電路生產流程材料設計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第3 页，本讲稿共53 页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,訓練和薪酬第4 页，本讲稿共53 页Hong Xiao,Ph.D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm5晶圓良率第5 页，本讲

3、稿共53 页Hong Xiao,Ph.D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm6晶粒良率第6 页，本讲稿共53 页Hong Xiao,Ph.D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm7封裝良率第7 页，本讲稿共53 页Hong 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第8 页，本讲稿共53 页Hong Xiao,Ph.D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book

4、.htm 9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第9 页，本讲稿共53 页Hong Xiao,Ph.D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm10生產工廠如何賺(賠)錢 100%良率:150+1200+1000=$2350/晶圓 50%良率:150+1200+500=$1850/晶圓 0%良率:150+1200=$1350/晶圓

5、 100%良率:200 50=$10,000/晶圓 50%良率:100 50=$5,000/晶圓 0%良率:0 50=$0.00/晶圓 100%良率:10000-2350=$7650/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:第10 页，本讲稿共53 页Hong Xiao,Ph.D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm 11Question 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?第11 页，本讲稿共53 页

6、Hong Xiao,Ph.D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm 12解答 相當於99%自乘600次 0.99600=0.0024=0.24%幾乎沒有良率可言!第12 页，本讲稿共53 页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,高產量第13 页，本讲稿共53 页Hong Xiao,Ph.D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm14缺陷與良率

7、第14 页，本讲稿共53 页Hong 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%殺手缺陷第15 页，本讲稿共53 页Hong Xiao,Ph.D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm 16晶圓產品的解說晶粒第16 页，本讲稿共53 页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第17 页，本讲稿共53 页Hong Xiao,Ph.D.www

8、2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm 18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第18 页，本讲稿共53 页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，造價越高第19 页，本讲稿共53 页Hong Xiao,Ph.D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.ht

9、m20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 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 0.18mm 元件需要高於等級1以上的無塵室第20 页，本讲稿共53 页Hong Xiao,Ph.D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm21無塵室等級0.1110100100010000100000Class100,000Class10,000Class1,000Class100Class10Class1粒子總數/立方英尺0.1 1.0 10以微米為單位的粒子尺寸ClassM-1第21 页，本讲稿共53

10、页Hong Xiao,Ph.D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm 22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 mm 0.2 mm 0.3 mm 0.5 mm 5 mmM-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 710000 10000 70第22 页，本讲稿共53 页Hong Xiao,Ph.D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm23光罩上粒子污染效應光罩

11、上的粒子正光阻上的殘留物負光阻上的洞孔薄膜 薄膜基片基片第23 页，本讲稿共53 页Hong Xiao,Ph.D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/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第24 页，本讲稿共53 页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級第25 页，本讲稿共53 页Hong Xiao,P

12、h.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等級1佳 製程工具間晶圓轉移自動化第26 页，本讲稿共53 页Hong Xiao,Ph.D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm 27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級第27 页，本讲稿共53 页Hong

13、 Xiao,Ph.D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm 28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第28 页，本讲稿共53 页Hong Xiao,Ph.D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/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第29 页，本讲稿共53 页Hong Xiao,Ph.D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm30半導體生產工廠的平面圖製

14、程區間更衣區走道設備區拉門服務區第30 页，本讲稿共53 页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第31 页，本讲稿共53 页Hong Xiao,Ph.D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm32濕式製程乾燥乾燥蝕刻、光阻塗佈或清洗沖洗第32 页，本讲稿共53 页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第3

15、3 页，本讲稿共53 页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第34 页，本讲稿共53 页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第35 页，本讲稿共53 页Hong Xiao,Ph.D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm 36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

16、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第36 页，本讲稿共53 页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 離子濺射室第37 页，本讲稿共53 页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Ti/TiN 反應室AlCu 反應室卸載站機械手臂AlCu 反應室Ti/TiN 反應室

17、第38 页，本讲稿共53 页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第39 页，本讲稿共53 页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第40 页，本讲稿共53 页Hong Xiao,Ph.D.www2.austin.cc.tx.us/

18、HongXiao/Book.htm 41測試結果失效晶粒第41 页，本讲稿共53 页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第42 页，本讲稿共53 页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第43 页，本讲稿共53 页Hong Xiao,Ph.D.www2.austi

19、n.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm44打線接合製程引線 接合墊片 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第44 页，本讲稿共53 页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第45 页，本讲稿共53 页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第46 页，本讲稿共53 页Hong Xiao,Ph.D.www2.austin.cc.tx.us/HongX

20、iao/Book.htm 47具有金屬凸塊的積體電路晶片凸塊第47 页，本讲稿共53 页Hong Xiao,Ph.D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm48覆晶封裝晶片凸塊插座引線端第48 页，本讲稿共53 页Hong Xiao,Ph.D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm49凸塊接觸晶片凸塊插座 引線端第49 页，本讲稿共53 页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第50 页，本讲稿共53 页Hong X

21、iao,Ph.D.www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm51覆晶封裝技術晶片插座 引線端第51 页，本讲稿共53 页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第52 页，本讲稿共53 页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 層第53 页，本讲稿共53 页