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瞄準(zhǔn)技術(shù)工藝,來看看半導(dǎo)體元器件的具體制造過程

2021-01-21 10:25:15來源:OFweek電子工程網(wǎng) 閱讀量:171 評論

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  半導(dǎo)體元器件的制造除了人們熟知的“設(shè)計→制造→封裝→測試”四大環(huán)節(jié)以外,中間的整體環(huán)節(jié)其實很復(fù)雜,可分為前段制程和后段制程。
 
  半導(dǎo)體元器件的制備首先要有基本的材料——硅晶圓,通過在硅晶圓上制作電路與電子元件(如電晶體、電容體、邏輯閘等),為上述各制程中所需技術(shù)復(fù)雜且資金投入多的過程。由于芯片是高精度的產(chǎn)品,因此對制造環(huán)境有很高的要求,其所需制造環(huán)境為為一溫度、濕度與含塵均需控制的無塵室。此外,一枚芯片所需處理步驟可達(dá)數(shù)百道,而且使用的加工機(jī)臺*且昂貴,動輒數(shù)千萬一臺,雖然詳細(xì)的處理程序是隨著產(chǎn)品種類與所使用的技術(shù)有關(guān);不過其基本處理步驟通常是晶圓先經(jīng)過適當(dāng)?shù)那逑粗?,接著進(jìn)行氧化及沈積,後進(jìn)行微影、蝕刻及離子植入等反覆步驟,以完成晶圓上電路的加工與制作。
 
  下面是主要的制程:
 
  一、硅晶圓材料
 
  晶圓是制作硅半導(dǎo)體IC所用之硅晶片,狀似圓形,故稱晶圓。材料是硅,芯片廠家用的硅晶片即為硅晶體,因為整片的硅晶片是單一完整的晶體,故又稱為單晶體。但在整體固態(tài)晶體內(nèi),眾多小晶體的方向不相,則為復(fù)晶體(或多晶體)。生成單晶體或多晶體與晶體生長時的溫度,速率與雜質(zhì)都有關(guān)系。
 
  二、光學(xué)顯影
 
  光學(xué)顯影是在光阻上經(jīng)過曝光和顯影的程序,把光罩上的圖形轉(zhuǎn)換到光阻 下面的薄膜層或硅晶上。光學(xué)顯影主要包含了光阻涂布、烘烤、光罩對準(zhǔn)、 曝光和顯影等程序。小尺寸之顯像分辨率,更在 IC 制程的進(jìn)步上,扮演著 關(guān)鍵的角色。由于光學(xué)上的需要,此段制程之照明采用偏黃色的可見光。因此俗稱此區(qū)為 黃光區(qū)。
 
  三、蝕刻技術(shù)
 
  蝕刻技術(shù)(EtchingTechnology)是將材料使用化學(xué)反應(yīng)物理撞擊作用而移除的技術(shù)??梢苑譃椋簼裎g刻(wetetching):濕蝕刻所使用的是化學(xué)溶液,在經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)之后達(dá)到蝕刻的目的;干蝕刻(dryetching):干蝕刻則是利用一種電漿蝕刻(plasmaetching)。電漿蝕刻中蝕刻的作用,可能是電漿中離子撞擊晶片表面所產(chǎn)生的物理作用,或者是電漿中活性自由基(Radical)與晶片表面原子間的化學(xué)反應(yīng),甚至也可能是以上兩者的復(fù)合作用?,F(xiàn)在主要應(yīng)用等離子體刻蝕技術(shù)。
 
  四、CVD化學(xué)氣相沉積
 
  化學(xué)氣相沉積(CVD)是指化學(xué)氣體或蒸汽在基質(zhì)表面反應(yīng)合成涂層或納米材料的方法,是半導(dǎo)體工業(yè)中應(yīng)用十分廣泛的用來沉積多種材料的技術(shù),包括大范圍的絕緣材料,大多數(shù)金屬材料和金屬合金材料。從理論上來說,它是很簡單的:兩種或兩種以上的氣態(tài)原材料導(dǎo)入到一個反應(yīng)室內(nèi),然后他們相互之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng),形成一種新的材料,沉積到晶片表面上。
 
  五、物理氣相沉積(PVD)
 
  這主要是一種物理制程而非化學(xué)制程。此技術(shù)一般使用氬等鈍氣,藉由在高真空中將氬離子加速以撞擊濺鍍靶材后,可將靶材原子一個個濺擊出來,并使被濺擊出來的材質(zhì)(通常為鋁、鈦或其合金)如雪片般沉積在晶圓表面。
 
  六、離子植入(IonImplant)
 
  離子植入技術(shù)可將摻質(zhì)以離子型態(tài)植入半導(dǎo)體組件的特定區(qū)域上,以獲得精確的電子特性。這些離子必須先被加速至具有足夠能量與速度,以穿透(植入)薄膜,到達(dá)預(yù)定的植入深度。離子植入制程可對植入?yún)^(qū)內(nèi)的摻質(zhì)濃度加以精密控制。基本上,此摻質(zhì)濃度(劑量)系由離子束電流(離子束內(nèi)之總離子數(shù))與掃瞄率(晶圓通過離子束之次數(shù))來控制,而離子植入之深度則由離子束能量之大小來決定。
 
  七、化學(xué)機(jī)械研磨
 
  晶圓制造中,隨著制程技術(shù)的升級、導(dǎo)線與柵極尺寸的縮小,光刻(Lithography)技術(shù)對晶圓表面的平坦程度(Non-uniformity)的要求越來越高,IBM公司于1985年發(fā)展CMOS產(chǎn)品引入,并在1990年成功應(yīng)用于64MB的DRAM生產(chǎn)中。1995年以后,CMP技術(shù)得到了快速發(fā)展,大量應(yīng)用于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)?;瘜W(xué)機(jī)械研磨亦稱為化學(xué)機(jī)械拋光,其原理是化學(xué)腐蝕作用和機(jī)械去除作用相結(jié)合的加工技術(shù),是機(jī)械加工中可以實現(xiàn)表面全局平坦化的技術(shù)。
 
  八、光罩檢測
 
  光罩是高精密度的石英平板,是用來制作晶圓上電子電路圖像,以利集成電路的制作。光罩必須是完美無缺,才能呈現(xiàn)完整的電路圖像,否則不完整的圖像會被復(fù)制到晶圓上。光罩檢測機(jī)臺則是結(jié)合影像掃描技術(shù)與*的影像處理技術(shù),捕捉圖像上的缺失。
 
  九、清洗技術(shù)
 
  清洗技術(shù)在芯片制造中非常重要。清洗的目的是去除金屬雜質(zhì)、有機(jī)物污染、微塵與自然氧化物;降低表面粗糙度;因此幾乎所有制程之前或后都需要清洗。份量約占所有制程步驟的30%。
 
  十、晶片切割
 
  晶片切割之目的為將前制程加工完成之晶圓上一顆顆之晶粒(die)切割分離。舉例來說:以0.2微米制程技術(shù)生產(chǎn),每片八寸晶圓上可制作近六百顆以上的64M微量。欲進(jìn)行晶片切割,首先必須進(jìn)行晶圓黏片,而后再送至晶片切割機(jī)上進(jìn)行切割。切割完后之晶粒井然有序排列于膠帶上,而框架的支撐避免了膠帶的皺摺與晶粒之相互碰撞。
 
  十一、焊線
 
  IC構(gòu)裝制程(Packaging)則是利用塑膠或陶瓷包裝晶粒與配線以成集成電路(IntegratedCircuit;簡稱IC),此制程的目的是為了製造出所生產(chǎn)的電路的保護(hù)層,避免電路受到機(jī)械性刮傷或是高溫破壞。后整個集成電路的周圍會向外拉出腳架(Pin),稱之為打線,作為與外界電路板連接之用。
 
  十二、封膠
 
  封膠之主要目的為防止?jié)駳庥赏獠壳秩?、以機(jī)械方式支持導(dǎo)線、內(nèi)部產(chǎn)生熱量之去除及提供能夠手持之形體。其過程為將導(dǎo)線架置于框架上并預(yù)熱,再將框架置于壓模機(jī)上的構(gòu)裝模上,再以樹脂充填并待硬化。
 
  十三、剪切/成形
 
  剪切之目的為將導(dǎo)線架上構(gòu)裝完成之晶粒獨立分開,并把不需要的連接用材料及部份凸出之樹脂切除(dejunk)。成形之目的則是將外引腳壓成各種預(yù)先設(shè)計好之形狀,以便于裝置于電路版上使用。剪切與成形主要由一部沖壓機(jī)配上多套不同制程之模具,加上進(jìn)料及出料機(jī)構(gòu)所組成。
 
  十四、測試和檢驗
 
  這些測試和檢驗就是保證封裝好芯片的質(zhì)量,保證其良率。
 
  原標(biāo)題:瞄準(zhǔn)技術(shù)工藝,來看看半導(dǎo)體元器件的具體制造過程
 
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