2022年芯片制造流程 .pdf

《2022年芯片制造流程 .pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年芯片制造流程 .pdf（4页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、裸 芯 片 制 造 流 程晶圆制造工序（序）半导体的产品很多，应用的场合非常广泛，图一是常见的几种半导体组件外型。半导体组件一般是以接脚形式或外型来划分类别，图一中不同类别的英文缩写名称原文为PDID ：Plastic Dual Inline Package SOP ：Small Outline Package SOJ ：Small Outline J-Lead Package PLCC ：Plastic Leaded Chip Carrier QFP ：Quad Flat Package PGA ：Pin Grid Array BGA ：Ball Grid Array 虽然半导体组件的外型种

2、类很多，在电路板上常用的组装方式有二种，一种是插入电路板的焊孔或脚座，如PDIP 、PGA ，另一种是贴附在电路板表面的焊垫上，如SOP 、SOJ 、PLCC 、QFP 、BGA 。从半导体组件的外观，只看到从包覆的胶体或陶瓷中伸出的接脚，而半导体组件真正的核心，是包覆在胶体或陶瓷内一片非常小的芯片，透过伸出的接脚与外部做信息传输。图二是一片EPROM 组件，从上方的玻璃窗可看到内部的芯片，图三是以显微镜将内部的芯片放大，可以看到芯片以多条焊线连接四周的接脚，这些接脚向外延伸并穿出胶体，成为芯片与外界通讯的道路。请注意图三中有一条焊线从中断裂，那是使用不当引发过电流而烧毁，致使芯片失去功能，这

3、也是一般芯片遭到损毁而失效的原因之一。图四是常见的LED ，也就是发光二极管，其内部也是一颗芯片，图五是以显微镜正视LED 的顶端，可从透明的胶体中隐约的看到一片方型的芯片及一条金色的焊线，若以LED 二支接脚的极性来做分别，芯片是贴附在负极的脚上，经由焊线连接正极的脚。当LED 通过正向电流时，芯片会发光而使LED 发亮，如图六所示。半导体组件的制作分成两段的制造程序，前一段是先制造组件的核心芯片，称为晶圆制造；后一段是将晶片加以封装成最后产品，称为IC 封装制程 ，又可细分成晶圆切割、黏晶、焊线、封胶、印字、剪切成型等加工步骤，在本章节中将简介这两段的制造程序。须经过下列主要制程才能制造出

4、一片可用的芯片，以下是各制程的介绍：（）长晶（ CRYSTALGROWTH ）：长晶是从 硅沙 中(二氧化硅 )提炼成单晶硅，制造过程是将硅石 (Silica) 或硅酸盐 (Silicate) 如同冶金一样，放入炉中熔解提炼，形成冶金级硅 。冶金级硅中尚含有杂质，接下来用分馏及还原的方法将其纯化，形成电子级硅 。虽然电子级硅所含的硅的纯度很高，可达99.9999 99999 %，但是结晶方式杂乱，又称为多晶硅，必需重排成单晶结构，因此将电子级硅置入坩埚内加温融化，先将温度降低至设定点，再以一块单晶硅为晶种，置入坩埚内，让融化的硅沾附在晶种上，再将晶种以边拉边旋转方式抽离坩埚，而沾附在晶种上的硅

5、亦随之冷凝，形成与晶种相同排列的结晶。随着晶种的旋转上升，沾附的硅愈多，并且被拉引成表面粗糙的圆柱状结晶棒。拉引及旋转的速度愈慢则沾附的硅结晶时间愈久，结晶棒的直径愈大，反之则愈小。（）切片（ SLICING ）：从坩埚中拉出的晶柱，表面并不平整，经过工业级钻石磨具的加工，磨成平滑的圆柱，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) (摘自中德公司目录)。（）边缘研磨（EDGE GRINDING ）：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - -

6、 - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 4 页 - - - - - - - - - 将片状晶圆的圆周边缘以磨具研磨成光滑的圆弧形，如此可:(1)防止边缘崩裂，(2)防止在后续的制程中产生热应力集中，(3)增加未来制程中铺设光阻层或磊晶层的平坦度。（）研磨（ LAPPING ）与蚀刻（ ETCHING ）：由于受过机械的切削，晶圚表面粗糙，凹凸不平，及沾附切屑或污渍，因此先以化学溶液 (HF/HNO3) 蚀刻 (Etching) ，去除部份切削痕迹，再经去离子纯水冲洗吹干后，进行表面研磨抛光，使晶圆像镜面样平滑，以利后续制程。研磨抛光是机械与化学加工同时进行，机械加工是将

7、晶圆放置在研磨机内，将加工面压贴在研磨垫(Polishing Pad)磨擦，并同时滴入具腐蚀性的化学溶剂当研磨液，让磨削与腐蚀同时产生。研磨后的晶圆需用化学溶剂清除表面残留的金属碎屑或有机杂质，再以去离子纯水冲洗吹干，准备进入植入电路制程。（5）退火（ ANNEALING ）：将芯片在严格控制的条件下退火，以使芯片的阻质稳定。（6）抛光（ POLISHING ）：芯片小心翼翼地抛光，使芯片表面光滑与平坦，以利将来再加工。（7）洗净（ CLEANING ）：以多步骤的高度无污染洗净程序包含各种高度洁净的清洗液与超音动处理除去芯片表面的所有污染物质，使芯片达到可进行芯片加工的状态。（8）检验（ I

8、NSPECTION ）：芯片在无尘环境中进行严格的检查，包含表面的洁净度、平坦度以及各项规格以确保品质符合顾客的要求。（9）包装（ PACKING ）：通过检验的芯片以特殊设计的容器包装，使芯片维持无尘及洁净的状态，该容器并确保芯片固定于其中，以预防搬运过程中发生的振动使芯片受损。经过晶圆制造的步骤后，此时晶圆还没任何的功能，所以必须经过集成电路制程，才可算是一片可用的晶圆。以下是集成电路制程的流程图：磊晶 微影 氧化 扩散 蚀刻 金属联机磊晶 (Epitoxy) 指基板以外依组件制程需要沉积的薄膜材料，其原理可分为：() 液相磊晶 (Liquid Phase Epitoxy，LPE) LPE

9、 的晶体成长是在基板上将熔融态的液体材料直接和芯片接触而沉积晶膜，特别适用于化 合物半导体组件，尤其是发光组件。() 气相磊晶 (Vapor Phase Epitoxy，VPE) VPE 的原理是让磊晶原材料以气体或电浆粒子的形式传输至芯片表面，这些粒子在失去部份的动能后被芯片表面晶格吸附 (Adsorb) ，通常芯片会以热的形式提供能量给粒子，使其游移至晶格位置而凝结 (Condensation)。在此同时粒子和晶格表面原子因吸收热能而脱离芯片表面称之为解离 (Desorb) ，因此 VPE 的程序其实是粒子的吸附和解离两种作用的动态平衡结果，如下图所示。名师资料总结 - - -精品资料欢迎

10、下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 4 页 - - - - - - - - - VPE 依反应机构可以分成() 化学气相沉积 (Chemical Vapor Deposition，CVD) 和 ( )_物理气相沉积 (Physical Vapor Deposition，PVD) 两种技术。CVD 大致是应用在半导体晶膜和氧化层的成长。PVD 主要适用于金属接点联机的沉积。() 分子束磊晶 (Molecular Beam Epitoxy，MBE) MBE 是近年来最热门的磊晶技术，无论是 III-

11、V 、II-VI 族化合物半导体、Si 或者 SixGe1-x等材料的薄膜特性，为所有磊晶技术中最佳者。MBE 的原理基本上和高温蒸镀法相同，操作压力保持在超真空 (Ultra High Vacuum，UHV) 约 10-10 Toor 以下 ，因此芯片的装载必须经过阀门的控制来维持其真空度。微影 (Lithography) 微影 (Lithography) 技术是将光罩 (Mask) 上的主要图案先转移至感光材料上，利用光线透过光罩照射在感光材料上，再以溶剂浸泡将感光材料受光照射到的部份加以溶解或保留，如此所形成的光阻图案会和光罩完全相同或呈互补。由于微影制程的环境是采用黄光照明而非一般摄影

12、暗房的红光，所以这一部份的制程常被简称为黄光 。为了加强光阻覆盖的特性，使得图转移有更好的精确度与可*度，整个微影制程包含了以下七个细部动作。() 表面清洗：由于芯片表面通常都含有氧化物、杂质、油脂和水分子，因此在进行光阻覆盖之前，必须将它先利用化学溶剂 (甲醇或丙酮 ) 去除杂质和油脂，再以氢氟酸蚀刻芯片表面的氧化物，经过去离子纯水冲洗后，置于加温的环境下数分钟，以便将这些水分子从芯片表面蒸发，而此步骤则称为去水烘烤 (Dehydration Bake)，一般去水烘烤的温度是设定在 100200 oC 之间进行。()涂底 (Priming) ：用来增加光阻与芯片表面的附着力，它是在经表面清洗

13、后的芯片表面上涂上一层化合物，英文全名为Hexamethyldisilizane(HMDS)。HMDS 涂布的方式主要有两种，一是以旋转涂盖 (Spin Coating)，一是以气相涂盖 (Vapor Coating)。前者是将HMDS 以液态的型式，滴洒在高速旋转的芯片表面，利用旋转时的离心力，促使 HMDS 均匀涂满整个芯片表面；至于后者则是将 HMDS 以气态的型式，输入放有芯片的容器中，然后喷洒在芯片表面完成 HMDS 的涂布。()光阻覆盖：光阻涂布也是以旋转涂盖或气相涂盖两种的方式来进行，亦即将光阻滴洒在高速旋转的芯片表面，利用旋转时的离心力作用，促使光阻往芯片外围移动，最后形成一层

14、厚度均匀的光阻层；或者是以气相的型式均匀地喷洒在芯片的表面。()软烤 (Soft Bake) ：软烤也称为曝光前预烤 (Pre-Exposure Bake) 在曝光之前，芯片上的光阻必须先经过烘烤，以便将光阻层中的溶剂去除，使光阻由原先的液态转变成固态的薄膜，并使光阻层对芯片表面的附着力增强。()曝光：利用光源透过光罩图案照射在光阻上，以执行图案的转移。()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。()硬烤：将显影制程后光阻内所残余的溶剂加热蒸发而减到最低，其目的也是为了加强光阻的附着力，以便利后续的制程。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - -

15、- - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 4 页 - - - - - - - - - 氧化（ Oxidation ）氧化 (Oxidation) 是半导体电路制作上的基本热制程。氧化制程的目的是在芯片表面形成一层氧化层，以保护芯片免于受到化学作用和做为介电层(绝缘材料 )。扩散（ Diffusion ）扩散 (Diffusion) 是半导体电路制作上的基本热制程。其目的是藉由外来的杂质，使原本单纯的半导体材料的键结型态和能隙产生变化，进而改变它的导电性。蚀刻（ Etching ）泛指将材料使用化学或物理方法移除的意思，以化学方法进行者

16、称之为湿式蚀刻(Wet Etching) ，是将芯片浸没于化学溶液中，因为化学溶液与芯片表面产生氧化还原作用，而造成表面原子被逐层移除；以物理方法进行蚀刻程序称之为干式蚀刻 (Dry Etching) ，主要是利用电浆离子来轰击芯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。金属联机金属联机制程是藉由在硅晶块 (Die) 上形成薄金属膜图案，而组成半导体组件间的电性的连接。以奥姆式接触 (Ohmic Contact) 而言，金属直接和硅表面接触，且在硅表面形成一金属 / 硅的界面，当金属沉积覆盖整个晶圆表面时，藉由蚀刻去掉不需存留的金属，形成组件间彼此的连接。对于晶块与外部电路的连接，硅表面金属端会制作一极大面积的焊垫(Bonding Pad)，以作为线焊 (Wire Bond) 的端点。http:/ 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 4 页 - - - - - - - - -