半导体IC制造流程

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1、 欢迎阅读本文档，希望本文档能对您有所帮助!一、晶圆处理制程 晶圆处理制程之主要工作为在硅晶圆上制作电路与电子组件（如晶体管、电容体、逻辑闸等），为上述各制程中所需技术最复杂且资金投入最多的过程 ，以微处理器（Microprocessor）为例，其所需处理步骤可达数百道，而其所需加工机台先进且昂贵，动辄数千万一台，其所需制造环境为为一温度、湿度与 含尘量（Particle）均需控制的无尘室（Clean-Room），虽然详细的处理程序是随着产品种类与所使用的技术有关；不过其基本处理步骤通常是晶圆先经过适 当的清洗（Cleaning）之后，接着进行氧化（Oxidation）及沈积，最后进行微影、蚀

2、刻及离子植入等反复步骤，以完成晶圆上电路的加工与制作。 二、晶圆针测制程 经过Wafer Fab之制程后，晶圆上即形成一格格的小格 ，我们称之为晶方或是晶粒（Die），在一般情形下，同一片晶圆上皆制作相同的芯片，但是也有可能在同一片晶圆 上制作不同规格的产品；这些晶圆必须通过芯片允收测试，晶粒将会一一经过针测（Probe）仪器以测试其电气特性， 而不合格的的晶粒将会被标上记号（Ink Dot），此程序即 称之为晶圆针测制程（Wafer Probe）。然后晶圆将依晶粒 为单位分割成一粒粒独立的晶粒，接着晶粒将依其电气特性分类（Sort）并分入不同的仓（Die Bank），而不合格的晶粒将于下一个

3、制程中丢弃。 三、IC构装制程 IC构装制程（Packaging）则是利用塑料或陶瓷包装晶粒与配线以成集成电路（Integrated Circuit；简称IC），此制程的目的是为了制造出所生产的电路的保护层，避免电路受到机械性刮伤或是高温破坏。最后整个集成电路的周围会 向外拉出脚架（Pin），称之为打线，作为与外界电路板连接之用。 四、测试制程 半导体制造最后一个制程为测试，测试制程可分成初步测试与最终测试，其主要目的除了为保证顾客所要的货无缺点外，也将依规格划分IC的等级。在 初步测试阶段，包装后的晶粒将会被置于各种环境下测试其电气特性，例如消耗功率、速度、电压容忍度等。测试后的IC将会将会

4、依其电气特性划分 等级而置入不同的Bin中（此过程称之为Bin Splits），最后因应顾客之需求规格 ，于相对应的Bin中取出部份IC做特殊的测试及烧机（Burn-In），此即为最终测试。最终测试的成品将被贴上规格卷标（Brand）并加以包装而后交与顾客。未 通过的测试的产品将被降级（Downgrading）或丢弃。 晶柱成长制程硅晶柱的长成，首先需要将纯度相当高的硅矿放入熔炉中，并加入预先设定好的金属物质，使产生出来的硅晶柱拥有要求的电性特质，接着需要将所有物质融化后再长成单晶的硅晶柱，以下将对所有晶柱长成制程做介绍。 长晶主要程序 融化（MeltDown） 此过程是将置放于石英坩锅内的块

5、状复晶硅加热制高于摄氏1420度的融化温度之上，此阶段中最重要的参数为坩锅的位置与热量的供应，若使用较大的功率来融化复晶硅，石英坩锅的寿命会降低，反之功率太低则融化的过程费时太久，影响整体的产能。 颈部成长（Neck Growth） 当硅融浆的温度稳定之后，将方向的晶种渐渐注入液中，接着将晶种往上拉升，并使直径缩小到一定（约6mm），维持此直径并拉长10-20cm，以消除晶种内的排差（dislocation），此种零排差（dislocation-free）的控制主要为将排差局限在颈部的成长。 晶冠成长（Crown Growth） 长完颈部后，慢慢地降低拉速与温度，使颈部的直径逐渐增加到所需的大

6、小。 晶体成长（Body Growth） 利用拉速与温度变化的调整来迟维持固定的晶棒直径，所以坩锅必须不断的上升来维持固定的液面高度，于是由坩锅传到晶棒及液面的辐射热会逐渐增加，此辐射热源将致使固业界面的温度梯度逐渐变小，所以在晶棒成长阶段的拉速必须逐渐地降低，以避免晶棒扭曲的现象产生。 尾部成长（Tail Growth） 当晶体成长到固定（需要）的长度后，晶棒的直径必须逐渐地缩小，直到与液面分开，此乃避免因热应力造成排差与滑移面现象。 晶柱切片后处理 硅晶柱长成后，整个晶圆的制作才到了一半，接下必须将晶柱做裁切与检测，裁切掉头尾的晶棒将会进行外径研磨、切片等一连串的处理，最后才能成为一片片价

7、值非凡的晶圆，以下将对晶柱的后处理制程做介绍。 切片（Slicing） 长久以来经援切片都是采用内径锯，其锯片是一环状薄叶片，内径边缘镶有钻石颗粒，晶棒在切片前预先黏贴一石墨板，不仅有利于切片的夹持，更可以避免在最后切断阶段时锯片离开晶棒所造的破裂。 切片晶圆的厚度、弓形度（bow）及挠屈度（warp）等特性为制程管制要点。 影响晶圆质量的因素除了切割机台本身的稳定度与设计外，锯片的张力状况及钻石锐利度的保持都有很大的影响。 圆边（Edge Polishing） 刚切好的晶圆，其边缘垂直于切割平面为锐利的直角，由于硅单晶硬脆的材料特性，此角极易崩裂，不但影响晶圆强度，更为制程中污染微粒的来源，

8、且在后续的半导体制成中，未经处理的晶圆边缘也为影响光组与磊晶层之厚度，固须以计算机数值化机台自动修整切片晶圆的边缘形状与外径尺寸。 研磨（Lapping） 研磨的目的在于除去切割或轮磨所造成的锯痕或表面破坏层，同时使晶圆表面达到可进行抛光处理的平坦度。 蚀刻（Etching） 晶圆经前述加工制程后，表面因加工应力而形成一层损伤层（damaged layer），在抛光之前必须以化学蚀刻的方式予以去除，蚀刻液可分为酸性与碱性两种。 去疵（Gettering） 利用喷砂法将晶圆上的瑕疵与缺陷感到下半层，以利往后的IC制程。 抛光（Polishing） 晶圆的抛光，依制程可区分为边缘抛光与表面抛光两种

9、 边缘抛光（Edge Polishing） 边缘抛光的主要目的在于降低微粒（particle）附着于晶圆的可能性，并使晶圆具备较佳的机械强度，但需要的设备昂贵且技术层面较高，除非各户要求，否则不进行本制程。 表面抛光（Surface Polishing） 表面抛光是晶圆加工处理的最后一道步骤，移除晶圆表面厚度约10-20微米，其目的在改善前述制程中遗留下的微缺陷，并取得局部平坦度的极佳化，以满足IC制程的要求。基本上本制程为化学机械的反应机制，由研磨剂中的NaOH , KOH , NH4OH腐蚀晶圆的最表层，由机械摩擦作用提供腐蚀的动力来源。 晶圆处理制程介绍 基本晶圆处理步骤通常是晶圆先经过

10、适当的清洗（Cleaning）之后，送到热炉管（Furnace）内，在含氧 的环境中，以加热氧化（Oxidation）的方式在晶圆的表面形成一层厚约数百个的二氧化硅（SiO2）层，紧接着厚约1000A到2000A的氮化硅（Si3N4）层将以化学气相沈积（Chemical Vapor Deposition；CVP）的方式沈积（Deposition）在刚刚长成的二氧化硅上，然后整个晶圆将进行微影（Lithography）的制程，先在晶圆 上上一层光阻（Photoresist），再将光罩上的图案移转到光阻上面。接着利用蚀刻（Etching）技术，将部份未 被光阻保护的氮化硅层加以除去，留下的就是所需

11、要的线路图部份。接着以磷为离子源（Ion Source），对整片晶圆进行磷原子的植入（Ion Implantation），然后再把光阻剂去除（Photoresist Scrip）。制程进行至此，我们已将构成集成电路所需的晶体管及部份的字符线（Word Lines），依光罩所提供的设计图案 ，依次的在晶圆上建立完成，接着进行金属化制程（Metallization），制作金属导线，以便将各个晶体管与组件加以连接，而在每一道步骤加工完后都必须进 行一些电性、或是物理特性量测，以检验加工结果是否在规格内（Inspection and Measurement）；如此重复步骤制作第一层、第二层的电路部份，

12、以 在硅晶圆上制造晶体管等其它电子组件；最后所加工完成的产品会被送到电性测试区作电性量测。 根据上述制程之需要，FAB厂内通常可分为四大区： 1）黄光 本区的作用在于利用照相显微缩小的技术，定义出每一层次所需要的电 路图，因为采用感光剂易曝光，得在黄色灯光照明区域内工作，所以叫做黄光区。微影成像(雕像术;lithography)决定组件式样(pattern)尺寸(dimension)以及电路接线(routing)在黄光室内完成,对温.湿度维持恒定的要求较其它制程高一个现代的集成电路（IC）含有百万个以上的独立组件，而其尺寸通常在数微米，在此种尺寸上，并无一合适的机械加工机器可以使用，取而代之的

13、是微电子中使用紫外光的图案转换（Patterning），这个过程是使用光学的图案以及光感应膜来将图案转上基板，此种过程称为 光刻微影（photolithography），此一过程的示意图说明于下图 光刻微影技主要在光感应薄膜，称之为光阻，而光阻必须符合以下五点要求： 1. 光阻与基板面黏着必须良好。 2. 在整个基板上，光阻厚度必须均匀。 3. 在各个基板上，光阻厚度必须是可预知的。 4. 光阻必须是感光的，所以才能做图案转换。 5. 光阻必须不受基板蚀刻溶液的侵蚀。 在光刻微影过程，首先为光阻涂布，先将适量光阻滴上基板中心，而基板是置于光阻涂布机 的真空吸盘上，转盘以每分钟数千转之转速，旋转

14、 30-60 秒，使光阻均匀涂布在基板上，转速与旋转时间，依所需光阻厚度而定。 曝照于紫外光中，会使得光阻的溶解率改变。紫外光通过光罩照射于光阻上，而在光照及阴 影处产生相对应的图形，而受光照射的地方，光阻的溶解率产生变化，称之为光化学反应， 而阴影处的率没有变化，这整个过称之为曝光（exposure）。在曝光之后，利用显影剂来清洗基板 ，将光阻高溶解率部份去除，这个步骤，称之为显影（Development），而光阻去除的部份依不 同型态的光阻而有不同，去除部份可以是被光照射部份或是阴影部份，如果曝光增加光阻的 溶解率，则此类光阻为正光阻，如果曝光降低光阻的溶解率，则称此类光阻为负光阻。在显影

15、后，以蚀刻液来蚀刻含在有图案（pattern）光阻的基板蚀刻液去除未受光阻保护的基板部份 ，而受光阻保护部份，则未受蚀刻。最后，光阻被去除，而基板上则保有被制的图案。黄光制程:1.上光阻2.软烤(预烤): 90 100度C 30 min 使光阻挥发变硬一点o3.曝光显像4.硬烤: 200度C 30 min 把剩下的挥发气体完全挥发使其更抗腐蚀,但不可烤太久因为最后要把光阻去掉o相关仪器材料:1.光阻(photoresist) 2.光罩(mask) 3.对准机(mask aligner)4.曝光光源(exposure source) 5.显像溶液(develope solution) 6.烤箱(heating oven)光阻: 1.正光阻:曝光区域去除 2.负光阻:曝光区域留下曝光光源:1