解析度好,但光罩易被污染
◆ 近接式曝光:
光罩不被污染,但解析度降低
◆ 投影式曝光:
解析度佳,且光罩不被污染,目 前工業所用
曝光概念圖
鏡子 光源 過濾器 聚集鏡片 光罩
縮影鏡片 晶片
投影式
晶片
晶座
光罩
接觸式
蝕刻(Etching)
◆ 目的: 除去微影製程中沒 被光阻覆蓋部份的薄膜
◆ 蝕刻技術:
光阻
乾式蝕刻
◆ 邊緣拋光
晶圓
降低微粒附著
增加機械強度
◆ 表面拋光
去除微缺陷
平坦化
晶圓清潔(Cleaning)(一)
◆ SC-1(RCA standard clean 1)
化學品:NH4OH,H2O2,H2O 目的:清除微粒子
◆ SC-2(RCA standard clean 2)
化學品:HCl, H2O2,H2O 目的:清除金屬粒子
晶圓清潔(Cleaning)(二)
◆ SPM(Piranha Clean)
化學品:H2SO4,H2O2 目的:清除有機物質
◆ DHF(Dilute HF Clean)
化學品:HF,H2O 目的:清除表層氧化物
II.晶圓處理
晶圓處理流程
氧化反應
薄膜沉積
微影製程
金屬化 製程
摻雜
蝕刻
氧化反應(Oxidation)
半導體製程簡介
部門ASI/EOL 報告人SaintHuang
半導體製造流程
Front-End 晶圓製造 晶圓針測
Back-End
封裝
測試
晶粒(Die)
成品
半導體製程分類
◆ I. 晶圓製造 ◆ II.晶圓處理 ◆ III.晶圓針測 ◆ IV.半導體構裝 ◆ V.半導體測試
I.晶圓製造
晶圓製造流程
矽金屬及摻雜質的融化 頸部 (Meltdown)
頸部成長(Neck Growth) 晶冠 晶冠成長(Crown Growth) 晶體成長(Body Growth) 晶體 尾部成長(Tail Growth)
尾部
柴氏長晶法示意圖
充入鈍氣
上拉 旋轉
晶冠 晶體
加熱 線圈
熔融矽
晶種 頸部
坩堝
單晶成長流程圖
Single crystal rod
Wafer
晶圓切片流程
◆ 晶棒黏著 ◆ 切片 ◆ 晶圓清洗 ◆ 規格檢驗
內徑切割機
晶邊圓磨（Edge contouring）
◆ 目的
防止晶圓邊緣碎裂 防止熱應力之集中 增加光阻層在邊緣之平坦度
◆ 方式
輪磨 化學蝕刻 晶面抹磨
輪磨示意圖
鑽石砂輪
晶圓
真空吸盤
晶面研磨(Lapping)
微影製程(Photolithography)
去水烘烤
光阻塗佈
軟烤
曝光
去除光阻
硬烤
顯影
曝光後烘烤
光阻
◆ 光阻材料及作用
樹脂: 黏合劑 感光材料: 光活性強之化合物 溶劑: 使光阻以液體方式存在
◆ 分類:
正光阻:遇光溶於顯影劑 負光阻:產生鏈結,使結構增強,
不溶於顯影劑
光阻塗佈
曝光
光罩
◆ 接觸式曝光:
98%)
氯矽化合物 (SiHCl3….)
蒸
高溫電弧爐還原
無水氯化氫
餾
m塊狀矽塊 .9…9%)
純 化
多晶矽棒
SiHCl3
敲碎
氫氣還原及CVD法
單晶生長技術
◆ 柴氏長晶法 : 82.4% ◆ 磊晶法 : 14.0% ◆ 浮融帶長晶法 : 3.3% ◆ 其它 : 0.2%
(1993年市場佔有率)
長晶程序(柴式長晶法)
晶圓材料
多晶矽 原料製造
單晶 生長
晶圓 成形
晶圓材料
◆ 分類:
元素半導體 : 矽,鍺 化合物半導體 : 碳化矽(SiC),砷化鎵(GaAs)
◆ 矽的優缺點 :
優點:存量豐富,無毒,穩定之氧化鈍態層,製 造成本低
缺點:電子流動率低,間接能階之結構
多晶矽原料製造(西門子法)
矽砂+碳 (SiO2)
低純度矽 (冶金級矽,
光 罩
晶圓 曝光
IC製程簡圖(二)
(C)
已顯影光阻 (E)
薄膜
二氧化矽
晶圓
顯影
(D)
(F)
晶圓 蝕刻
晶圓 離子植入
參雜物
晶圓 去除光阻
IC製程簡圖(三)
(G)
金屬層
(I)
晶圓
金屬沉積
(H)
(J)
晶圓 微影製程
晶圓 金屬蝕刻
晶圓 去除光阻
III.晶圓針測
晶圓針測示意圖
探針卡 針測機
晶圓針測流程圖
構裝的分類(一)
◆ 去除鋸痕與破壞層 ◆ 平坦化(降低粗糙度)
化學蝕刻(Etching)
◆ 目的: 去除加工應力所造成之損 傷層,以提供更潔淨平滑表面
◆ 蝕刻液種類
酸系: 氫氟酸,硝酸,醋酸混合 鹼系: 氫氧化鈉,氫氧化鉀
晶圓拋光(Polishing)
◆ 以研磨劑中之NaOH,KOH,NH4OH腐 蝕最表層,由機械磨擦進行拋光
抽真空測漏氣 率 (1 hr)
坩堝加熱融化多 晶矽塊(7hrs)
晶體成長 (30 hrs)
尾部成長 (5 hrs)
晶冠成長 (2 hrs)
冷卻(4 hrs)
等待穩定平 衡(2 hrs)
頸部成長 (1 hr)
晶柱後處理流程
長晶
外徑研磨與平邊
化學蝕刻
晶圓研磨
拋光
清洗
切片 晶邊研磨
檢驗
晶圓切片(Slicing)
◆ 目的:獲得SiO2層(如場氧化層)做 為元件絕緣體材料
◆ 方法:
乾式氧化法
Si + O2 SiO2
濕式氧化法
Si + 2H2O SiO2 + 2H2
薄膜沉積(Deposition)
◆ 物理氣相沉積(PVD)
主要應用範圍: 金屬材料
◆ 化學氣相沉積(CVD)
主要應用範圍: 介電材料,導體材料, 半導體材料
物理氣相沉積 -- 蒸鍍(Evaporation)
晶片與晶座 蒸鍍室 蒸鍍源 坩堝加熱
接真空系統 A
物理氣相沉積 -- 濺鍍(Sputtering)
晶片
正電極
濺鍍源
負電極
電漿
Hale Waihona Puke 濺鍍機化學氣相沉積(a)氣體擴散
(e)未參與 物抽離 主氣流
介面邊界層
(b)反應物 被吸附
(c)化學反 應與沉積
(d)未參與 物脫離
晶圓生產 Wafer processing
封裝 Packaging
晶圓針測 Circuit Probing 1
雷射修補 Laser Repair
晶圓針測 Circuit Probing 2
IV.半導體構裝
訊號
構裝之目的
電能
◆ 電能傳遞 ◆ 訊號傳遞 ◆ 散熱 ◆ 結構保護與支持
訊號 電能
散熱
散熱
薄膜
濕式蝕刻
底材
摻雜(Doping)
◆ 目的: 增加導電性
離子植入法示意圖
如N型半導體加入砷
離子,P型半導體加入
離子束 晶片
硼離子
◆ 常用方法
離子植入機
擴散法 離子植入法
加速器
IC製程簡圖(一)
(A) 薄膜
(B)
(Si3N4) 光阻
(Photoresist)
二氧化矽
(SiO2)
晶圓
氧化反應,薄膜沉積 及光阻塗佈