半导体制程.ppt
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半导体制程PPT
光阻区 (PR)
ADI_CD
ADI_CD
光阻 区 (PR)
ETCH (蚀刻) Module
Process Procedures (制程步骤): (a) Dry Etching (气相蚀刻) 化学反响后成气体去除 (b) WET_PR_stripping (光阻去除, 硫酸槽) (c) CD measurement (蚀刻后量測) 简称AEI_CD (d) After Etch Inspection (蚀刻后检查) 简称 AEI
半导体 Semiconductor
分别式电路 Discrete Circuit
ITANIUM MICROPROCESSOR ( 1.72 Billion Transistors 90nm 595 mm2)
To make wafers, polycrystalline silicon is melted. The melted silicon is used to grow silicon crystals (or ingots) that are sliced into wafers. 首先溶化多晶硅，生成晶柱，然后切割成晶圆。
Building an IC Chip
Tape-out (used to be a lot of information—put on tape) Like a blueprint for wafer production
Hierarchy of IC Chip
Multilevel Metallization
芯片分类
DRAM 动态随机存储器
MPUs 微处理器
Computer 电脑
ASIC 特定用途集成电路
DSPs 数字信号处理器
Consumer 消费
半导体制程简介PPT课件讲义教材
蒸
高温电弧炉还原
无水氯化氢
馏
纯
化
3-7cm块状硅块 (99.9…9%)
多晶硅棒
SiHCl3
敲碎
氢气还原及CVD法
单晶生长技术
◆ 柴氏长晶法 : 82.4% ◆ 磊晶法 : 14.0% ◆ 浮融带长晶法 : 3.3% ◆ 其它 : 0.2%
(1993年市场占有率)
长晶程序(柴式长晶法)
硅金属及掺杂质的融化 颈部 (Meltdown)
半导体制程简介
半导体制造流程
Front-End 晶圆制造 晶圆针测
Back-End
封装
测试
晶粒(Die)
成品
半导体制程分类
◆ I. 晶圆制造 ◆ II.晶圆处理 ◆ III.晶圆针测 ◆ IV.半导体构装 ◆ V.半导体测试
I.晶圆制造
晶圆制造流程
晶圆材料
多晶硅 原料制造
单晶 生长
晶圆 成形
(C)
已显影光阻 (E)
薄膜
二氧化硅
晶圆
显影
(D)
(F)
晶圆 蚀刻
晶圆 离子植入
参杂物
晶圆 去除光阻
IC制程简图(三)
(G)
金属层
(I)
晶圆
金属沉积
(H)
(J)
晶圆 微影制程
晶圆 金属蚀刻
晶圆 去除光阻
III.晶圆针测
晶圆针测示意图
探针卡 针测机
晶圆针测流程图
晶圆生产 Wafer processing
◆ 晶棒黏着 ◆ 切片 ◆ 晶圆清洗 ◆ 规格检验
内径切割机
晶边圆磨（Edge contouring）
◆ 目的
防止晶圆边缘碎裂 防止热应力之集中 增加光阻层在边缘之平坦度
高温电弧炉还原
无水氯化氢
馏
纯
化
3-7cm块状硅块 (99.9…9%)
多晶硅棒
SiHCl3
敲碎
氢气还原及CVD法
单晶生长技术
◆ 柴氏长晶法 : 82.4% ◆ 磊晶法 : 14.0% ◆ 浮融带长晶法 : 3.3% ◆ 其它 : 0.2%
(1993年市场占有率)
长晶程序(柴式长晶法)
硅金属及掺杂质的融化 颈部 (Meltdown)
半导体制程简介
半导体制造流程
Front-End 晶圆制造 晶圆针测
Back-End
封装
测试
晶粒(Die)
成品
半导体制程分类
◆ I. 晶圆制造 ◆ II.晶圆处理 ◆ III.晶圆针测 ◆ IV.半导体构装 ◆ V.半导体测试
I.晶圆制造
晶圆制造流程
晶圆材料
多晶硅 原料制造
单晶 生长
晶圆 成形
(C)
已显影光阻 (E)
薄膜
二氧化硅
晶圆
显影
(D)
(F)
晶圆 蚀刻
晶圆 离子植入
参杂物
晶圆 去除光阻
IC制程简图(三)
(G)
金属层
(I)
晶圆
金属沉积
(H)
(J)
晶圆 微影制程
晶圆 金属蚀刻
晶圆 去除光阻
III.晶圆针测
晶圆针测示意图
探针卡 针测机
晶圆针测流程图
晶圆生产 Wafer processing
◆ 晶棒黏着 ◆ 切片 ◆ 晶圆清洗 ◆ 规格检验
内径切割机
晶边圆磨（Edge contouring）
◆ 目的
防止晶圆边缘碎裂 防止热应力之集中 增加光阻层在边缘之平坦度
半导体制程简=PPT课件
– 例如：硅、硅化 物、金属导线等 等。
– 另外，在去除光 阻止后，通常还 需要有一步清洗， 以保证晶园表面 的洁净度。
-
30
2.7 金属蚀刻
• Metal Etch
– 金属蚀刻用于制作芯片中的金属导线。 – 导线的形状由Photo制作出来。 – 这部分工作也使用等离子体完成。
-
31
2.8 薄膜生长
– Develop & Bake
• 曝光完毕之后，晶园送回Track进行显影，洗掉被曝 过光的光阻。
• 然后再进行烘烤，使没有被洗掉的光阻变得比较坚硬 而不至于在下一步蚀刻的时候被破坏掉。
-
24
2.4 酸蚀刻
• Acid Etch
– 将没有被光阻覆盖的薄膜腐蚀掉，是酸蚀刻的 主要任务。
– 蚀刻完毕之后，再将光阻洗去。
• 一般而言通常使用 正光阻。只有少数 层次采用负光阻。
-
20
• 曝光
– Exposure
• 曝光动作的目的是将光罩上的图形传送到晶园上。 • 0.13um，0.18um就是这样做出来的。 • 曝光所采用的机台有两种：Stepper和Scanner。
-
21
• 左图是当今 市场占有率 最高的ASML 曝光机。
半导体制程简介
——芯片是如何制作出来的
-
1
基本过程
• 晶园制作 – Wafer Creation
• 芯片制作 – Chip Creation
• 后封装 – Chip Packaging
-
2
第1部分 晶园制作
-
3
1.1 多晶生成
• Poly Silicon Creation 1
– 目前半导体制程所使用的主要原料就是晶园 (Wafer)，它的主要成分为硅(Si)。
– 另外，在去除光 阻止后，通常还 需要有一步清洗， 以保证晶园表面 的洁净度。
-
30
2.7 金属蚀刻
• Metal Etch
– 金属蚀刻用于制作芯片中的金属导线。 – 导线的形状由Photo制作出来。 – 这部分工作也使用等离子体完成。
-
31
2.8 薄膜生长
– Develop & Bake
• 曝光完毕之后，晶园送回Track进行显影，洗掉被曝 过光的光阻。
• 然后再进行烘烤，使没有被洗掉的光阻变得比较坚硬 而不至于在下一步蚀刻的时候被破坏掉。
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24
2.4 酸蚀刻
• Acid Etch
– 将没有被光阻覆盖的薄膜腐蚀掉，是酸蚀刻的 主要任务。
– 蚀刻完毕之后，再将光阻洗去。
• 一般而言通常使用 正光阻。只有少数 层次采用负光阻。
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20
• 曝光
– Exposure
• 曝光动作的目的是将光罩上的图形传送到晶园上。 • 0.13um，0.18um就是这样做出来的。 • 曝光所采用的机台有两种：Stepper和Scanner。
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21
• 左图是当今 市场占有率 最高的ASML 曝光机。
半导体制程简介
——芯片是如何制作出来的
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1
基本过程
• 晶园制作 – Wafer Creation
• 芯片制作 – Chip Creation
• 后封装 – Chip Packaging
-
2
第1部分 晶园制作
-
3
1.1 多晶生成
• Poly Silicon Creation 1
– 目前半导体制程所使用的主要原料就是晶园 (Wafer)，它的主要成分为硅(Si)。
半导体封装制程及其设备介绍-PPT
Substrate
Solder paste pringting
Stencil
Chip shooting
Nozzle Capacitor
Reflow Oven
Hot wind
DI water cleaning
Automatic optical
inpection
DI water
Camera
PAD PAD
Wafer tape
Back Grind
Wafer Detape
Wafer Saw
Inline Grinding & Polish -- Accretech PG300RM
Coarse Grind 90%
Fine Grind 10%
Centrifugal Clean
Alignment & Centering
Die distance Uniformity
4。PICKING UP
3。EXPANDING
No contamination
TAPE ELONGATION
WEAK ADHESION
3.Grinding 辅助设备
A Wafer Thickness Measurement 厚度测量仪 一般有接触式和非接触式光学测量仪两种；
Solder paste
Die Prepare(芯片预处理) To Grind the wafer to target thickness then separate to single chip
---包括来片目检(Wafer Incoming), 贴膜(Wafer Tape),磨片(Back Grind),剥膜(Detape),贴片(Wafer Mount),切割(Wafer Saw)等系列工序,使芯片达到工艺所要求的形状,厚度和尺寸,并经过芯片目 检(DVI)检测出所有由于芯片生产,分类或处理不当造成的废品.
半导体封装制程与设备材料知识介绍演示文稿
Die Attach (上片)
Deposition (沉积)
WireBonding (焊线)
Wafer Inspection (晶圆检查) 前段結束
Molding (塑封)
Laser mark (激光印字)
Laser Cut & package saw Testing
(切割成型)
(测试)
Package (包装)
Detaping (Optional)
Wafer
Mount
UV Cure (Optional)
Die Saw
Die Bond
Die Cure
(Optional)
Plasma
Wire Bond
Molding
Post Mold Cure
Laser mark
Laser Cut
Package Saw
Cleaner
第六页，共120页。
封裝型式
Shape
Typical Features
Material Lead Pitch No of I/O
Plastic
2.54 mm (100miles) 1 direction
lead
16~24
Plastic
1.778 mm (70miles)
20 ~64
Through Hole Mount
Small Outline Package (SOP）
Plastic Leaded Chip Carrier (PLCC）
Small Outline Package (SOJ） Quad Flat Package (QFP ） BALL Grid Array (BGA ）
Power Transistor
半导体工艺流程简介ppt
半导体工艺流程的成就与挑战
进一步缩小特征尺寸
三维集成技术
绿色制造技术
智能制造技术
未来半导体工艺流程的发展趋势
01
02
03
04
THANKS
感谢观看
互连
通过金属化过程，将半导体芯片上的电路元件连接起来，实现芯片间的通信和电源分配功能。
半导体金属化与互连
将半导体芯片和相关的电子元件、电路板等封装在一个保护壳内，以防止外界环境对芯片的损伤和干扰。
封装
对封装好的半导体进行功能和性能的检测与试验，以确保其符合设计要求和实际应用需要。
测试
半导体封装与测试
半导体工艺流程概述
02
半导体制造步骤-1
1
半导体材料的选择与准备
2
3
通常使用元素半导体，如硅（Si）、锗（Ge）等，或化合物半导体，如砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）等。
材料类型
高纯度材料对于半导体制造至关重要，杂质含量需要严格控制。
纯净度要求
材料应具有立方、六方或其他特定晶体结构。
晶格结构
蚀刻
使用化学试剂或物理方法，将半导体基板表面未被光刻胶保护的部分进行腐蚀去除。根据蚀刻方法的不同，可以分为湿蚀刻和干蚀刻两种。
去胶
在完成蚀刻后，使用去胶液等化学试剂，去除光刻胶。去胶过程中需要注意控制温度和时间，以避免对半导体基板造成损伤或污染。
半导体的蚀刻与去胶
05
半导体制造步骤-4
金属化
通常使用铝或铜作为主要材料，通过溅射、蒸发或电镀等手段，在半导体表面形成导线图案。
涂布
在半导体基板上涂覆光刻胶，使其覆盖整个基板表面。通常使用旋转涂布法，将光刻胶滴在基板中心，然后通过旋转基板将其展开并涂布在整个表面上。
半导体制造工艺流程课件
04
半导体制造的后处理
金属化
01
02
03
金属化
在半导体制造的后处理中 ，金属化是一个关键步骤 ，用于在芯片上形成导电 电路。
金属材料
通常使用铜、铝、金等金 属作为导电材料，通过物 理或化学沉积方法将金属 薄膜沉积在芯片表面。
连接电路
金属化过程将芯片上的不 同元件连接成完整的电路 ，实现电子信号的传输和 处理。
高纯度材料
半导体制造需要使用高纯度材料，以确保芯片的性能和可 靠性。然而，高纯度材料的制备和加工难度较大，需要克 服许多技术难题。
制程控制
半导体制造过程中，制程控制是至关重要的。制程控制涉 及温度、压力、流量、电流、电压等众多参数，需要精确 控制这些参数以确保芯片的性能和可靠性。
环境影响
能源消耗
半导体制造是一个高能耗的过程 ，需要大量的电力和能源。随着 半导体产业的发展，能源消耗也 在不断增加，对环境造成了很大 的压力。
废弃物处理
半导体制造过程中会产生大量的 废弃物，如化学废液、废气等。 这些废弃物如果处理不当，会对 环境造成很大的污染和危害。
碳排放
半导体制造过程中的碳排放也是 一个重要的问题。减少碳排放是 半导体产业可持续发展的关键之 一。
未来发展趋势
先进封装技术
随着摩尔定律的逐渐失效，先进封装技术成为半导体制造的重要发展方向。通过将多个 芯片集成在一个封装内，可以实现更小、更快、更低功耗的芯片系统。
沉积薄膜质量
影响沉积薄膜质量的因素包括反应温度、气体流量、压强等，需通 过实验优化获得最佳工艺参数。
外延生长
外延生长目的
在半导体材料表面外延生长一层单晶层，用 于扩展器件尺寸、改善材料性能和提高集成 度。
半导体CMP工艺介绍演示课件.ppt
6
5
2
3
1
4
12: FABS 的机器手从cassette 中拿出未 加工的WAFER并送到WAFER的暂放 台。
23: Mirra 的机器手接着把WAFER从暂 放台运送到LOADCUP。LOADCUP 是WAFER 上载与卸载的地方。
34: HEAD 将WAFER拿住。CROSS 旋 转把HEAD转到PLATEN 1到2到3如 此这般顺序般研磨。
S.精M 品课件I. C
Introduction of CMP
CMP耗材
S.精M 品课件I. C
Introduction of CMP
CMP耗材的种类
• 研磨液（slurry）
– 研磨时添加的液体状物体， 颗粒大小跟研磨后的刮伤等缺陷有关。
• 研磨垫（pad）
– 研磨时垫在晶片下面的片状物。它的使用寿命会影响研磨速率等。
平坦化程度比较
CMP Resist Etch Back
BPSG Reflow SOG
SACVD,Dep/Etch HDP, ECR
0.1
1
(Gap fill)
10 100
Local
1000 10000
Global
平坦化 范围 (微米)
S.精M 品课件I. C
Introduction of CMP
Step Height（高低落差） & Local Planarity（局部平坦化过程）
S.精M 品课件I. C
Introduction of CMP
CMP 发展史
• 1983: CMP制程由IBM发明。 • 1986: 氧化硅CMP （Oxide-CMP）开始试行。 • 1988: 金属钨CMP（W CMP）试行。 • 1992: CMP 开始出现在 SIA Roadmap。 • 1994: 台湾的半导体生产厂第一次开始将化学机械研磨
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Smallest transistor realized---5nmMOSFET
Mass production Advanced manufacturing Manufacturing development
Process and device R&D
≧90nm ~65nm ~45nm
≦32nm.
Outline
• From inception, electronic manufacturing has migrated geographically from the West to the East: from the US and Europe, over to Japan, through the Taiwan area, Korea, arriving in the East: China and India.
2000 WW IC Market
6% WW Market
China
2005 WW IC Market
21% WW Market
China
2006 WW IC Market
26% WW Market
China
$9.80
$40.80
$62.35
Others $57.80
U.S.A $57.90
Others $82.10
• The shift in wafer production typically lags behind the rest of the supply chain, but China and India are now at the forefront of IC production!
2 1
China Becomes World’s Largest IC Market
• By 2010, China’s IC market is estimated to reach USD$124 billion in terms
Source: IC insights January
of overall consumption.
2007
A Leading Foundry In The World
Outline
1. Introduction 2. Integrated Circuit and Its Application 3. How is IC made?
J. Kilby的发明－“固体电路”
1958.9.12 J. Kilby 研制成功第一个半 导体集成电路 ---“Solid Circuit”
U.S.A $36.50
Others $87.44
U.S.A
Japan
Japan
Japan $46.56
$37.80
$33.00
$57.05
US$billion
• In 2005, China’s IC consumption reached USD$40.8 billion, overtaking the top spot as the world’s largest regional IC market for the first time.
* Wuhan Xinxin
IC Industry Business Unit
IDM
(Integrated Device Manufacturer)
Product design & sales,
Fab
&/or IC assembly
Fab lite
Fabless Foundry
Product design & Sales,
SMIC BeijinSgMIC Be提ijin供g 0.35-0.09微米的制程技术
SMIC Tianjin
Beijing Tianjin
SMIC Assembly & Testing (Chengdu)
Chengdu Shanghai
SMIC Shanghai
Wuhan
* Chengdu Cension Shenzhen
Has Fab, but manufacture less than 50% product
Product & sales only, no Fab & assembly house
Fab only
No product
一条龙的集成代工服务 Dedicated Full Service Provider
– 一种相移振荡器 （1.3 MHz)
– Ge 衬底，晶体管及电阻、电容全部由Ge制成 (面积约11.1x1.6mm2)
– 扩散工艺形成晶体管 – 黑蜡掩蔽腐蚀形成Tr台面结构
Kilby和他1958,7,24的设计
– 用细导线互连
证明半导体材料不仅可用于制造分
立器件，而且可以制造整个电子电
路
Migration of Electronics Manufacturing
纯硅导电特性差， 可藉掺杂(Doping, 将杂质加入硅片中) 改变或控制其导电特性。 如何掺杂及控制杂质在硅片中分
布是半导体重要制程技术之一 。
分离式电路 Discrete Circuit
ITANIUM MICROPROCESSOR
( 1.72 Billion Transistors 90nm 595 mm2)
Design Services
Mask Making
Wafer Manufacturing
Wafer Bumping
Wafer Probing
Assembly & Final Test
Flip Chip
CSP
SOP PLCC TSOP QFP
BGA
µBGA
2008-IC 技术现状
Integration of 108 – 1010 transistors in a chip. Clock frequency of more than 3GHz. Cutoff frequency of 350 GHz for SiGe bipolar.
1. Introduction 2. Integrated Circuit and Its Application 3. How is IC made?
半导体 SemiconLeabharlann uctor导体半导体
绝缘体
半导体材料特性:
经掺杂后，可藉由电场(电压)、光、温度、压力、磁场等 改变或控制其导电特性。
最广为应用的集成电路芯片材料： 硅 (Silicon, Si)。