半导体的生产工艺流程
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半导体的生产工艺流程,做工艺一、洁净室一般的机械加工是不需要洁净室(clean room)的,因为加工分辨率在数十微米以上,远比日常环境的微尘颗粒为大。
但进入半导体组件或微细加工的世界,空间单位都是以微米计算,因此微尘颗粒沾附在制作半导体组件的晶圆上,便有可能影响到其上精密导线布局的样式,造成电性短路或断路的严重后果。
为此,所有半导体制程设备,都必须安置在隔绝粉尘进入的密闭空间中,这就是洁净室的来由。
洁净室的洁净等级,有一公认的标准,以class 10为例,意谓在单位立方英呎的洁净室空间内,平均只有粒径0.5微米以上的粉尘10粒。
所以class后头数字越小,洁净度越佳,当然其造价也越昂贵(参见图2-1)。
为营造洁净室的环境,有专业的建造厂家,及其相关的技术与使用管理办法如下:1、内部要保持大于一大气压的环境,以确保粉尘只出不进。
所以需要大型鼓风机,将经滤网的空气源源不绝地打入洁净室中。
2、为保持温度与湿度的恒定,大型空调设备须搭配于前述之鼓风加压系统中。
换言之,鼓风机加压多久,冷气空调也开多久。
3、所有气流方向均由上往下为主,尽量减少突兀之室内空间设计或机台摆放调配,使粉尘在洁净室内回旋停滞的机会与时间减至最低程度。
4、所有建材均以不易产生静电吸附的材质为主。
5、所有人事物进出,都必须经过空气吹浴(air shower) 的程序,将表面粉尘先行去除。
6、人体及衣物的毛屑是一项主要粉尘来源,为此务必严格要求进出使用人员穿戴无尘衣,除了眼睛部位外,均需与外界隔绝接触(在次微米制程技术的工厂内,工作人员几乎穿戴得像航天员一样。
) 当然,化妆是在禁绝之内,铅笔等也禁止使用。
7、除了空气外,水的使用也只能限用去离子水(DI water, de-ionized water)。
一则防止水中粉粒污染晶圆,二则防止水中重金属离子,如钾、钠离子污染金氧半(MOS) 晶体管结构之带电载子信道(carrier channel),影响半导体组件的工作特性。
半导体生产工艺流程1.原材料准备:半导体生产的原材料主要包括硅、氮化镓、砷化镓、硒化镉等。
首先需要对原材料进行加工和准备,以确保其质量和纯度。
2.原料制备:原材料通过熔炼、混合等工艺制备成为用于生产半导体的原料。
3.单晶生长:利用单晶生长技术,在高温下将原料转化为单晶硅或其他单晶半导体材料。
这一步骤是半导体生产的核心步骤,决定了半导体器件的质量和性能。
4.切割:将生长的单晶材料切割成片,通常为几毫米到几十毫米的薄片。
这些切割片将用于制造半导体器件。
5.清洗:将切割后的半导体片进行清洗,以去除表面的杂质和污染物。
6.晶圆制备:将清洗后的半导体片进行研磨和打磨,使其表面光滑均匀,并进行化学处理,以增强半导体片的表面特性。
7.掺杂和扩散:将半导体片通过高温处理,将掺杂剂引入其表面,使其在特定区域具有特定的电子特性。
8.晶圆涂覆:在半导体片表面涂覆保护层,以防止金属和氧气等杂质的侵入。
9.制造半导体器件:在半导体片上通过光刻、蒸发等工艺制造半导体器件的结构和元件。
这些器件可能包括晶体管、二极管、集成电路等。
10.清洗和测试:对制造完成的半导体器件进行清洗和测试,以验证其质量和性能。
11.封装和封装测试:将半导体器件封装在塑料或陶瓷封装中,并进行封装测试,以确保器件的可靠性和稳定性。
12.探针测试:将封装好的器件进行探针测试,以验证其电性能和功耗等指标。
13.成品测试和筛选:对探针测试合格的器件进行成品测试和筛选,以确保其质量符合要求。
14.包装和成品测试:将成品封装好,并进行最终的成品测试和筛选,以确保其质量和性能。
15.成品存储和交付:将符合要求的成品进行分类、存储和交付,以供后续使用或销售。
以上是半导体生产工艺流程的主要步骤,其中涉及多种专业技术和设备的应用。
这些步骤的顺序和细节可能会因不同的半导体产品而有所不同,但总体流程是大致相似的。
半导体生产工艺的不断改进和创新,是推动半导体产业发展和技术进步的重要驱动力量。
半导体的生产工艺流程1.晶圆制备:晶圆制备是半导体生产的第一步,通常从硅片开始。
首先,取一块纯度高达99.9999%的单晶硅,然后经过脱氧、精炼、单晶生长和棒状晶圆切割等步骤,制备出硅片。
这些步骤的目的是获得高纯度、无杂质的单晶硅片。
2.晶圆加工:晶圆加工是将硅片加工成具有特定电子器件的过程。
首先,通过化学机械抛光(CMP)去除硅片上的表面缺陷。
然后,利用光刻技术将特定图案投射到硅片上,并使用光刻胶保护未被刻蚀的区域。
接下来,使用等离子刻蚀技术去除未被保护的硅片区域。
这些步骤的目的是在硅片上形成特定的电子器件结构。
3.器件制造:器件制造是将晶圆上的电子器件形成完整的制造流程。
首先,通过高温扩散或离子注入方法向硅片中掺杂特定的杂质,以形成PN结。
然后,使用化学气相沉积技术在硅片表面沉积氧化层,形成绝缘层。
接下来,使用物理气相沉积技术沉积金属薄膜,形成电压、电流等电子元件。
这些步骤的目的是在硅片上形成具有特定功能的电子器件。
4.封装测试:封装测试是将器件封装成实际可使用的电子产品。
首先,将器件倒装到封装盒中,并连接到封装基板上。
然后,通过线缆或焊接技术将封装基板连接到主板或其他电路板上。
接下来,进行电极焊接、塑料封装封装,形成具有特定外形尺寸和保护功能的半导体芯片。
最后,对封装好的半导体芯片进行功能性测试和质量检查,以确保其性能和可靠性。
总结起来,半导体的生产工艺流程包括晶圆制备、晶圆加工、器件制造和封装测试几个主要步骤。
这些步骤的有机组合使得我们能够生产出高性能、高效能的半导体器件,广泛应用于电子产品和信息技术领域。
半导体制造流程及生产工艺流程半导体是一种电子材料,具有可变电阻和电子传导性的特性,是现代电子器件的基础。
半导体的制造流程分为两个主要阶段:前端工艺(制造芯片)和后端工艺(封装)。
前端工艺负责在硅片上制造原始的电子元件,而后端工艺则将芯片封装为最终的电子器件。
下面是半导体制造流程及封装的主要工艺流程:前端工艺(制造芯片):1.晶片设计:半导体芯片的设计人员根据特定应用的需求,在计算机辅助设计(CAD)软件中进行晶片设计,包括电路结构、布局和路线规划。
2.掩膜制作:根据芯片设计,使用光刻技术将电路结构图转化为光刻掩膜。
掩膜通过特殊化学处理制作成玻璃或石英板。
3.芯片切割:将晶圆切割成单个的芯片,通常使用钻孔机或锯片切割。
4.清洗和化学机械抛光(CMP):芯片表面进行化学清洗,以去除表面杂质和污染物。
然后使用CMP技术平整芯片表面,以消除切割痕迹。
5.纳米技术:在芯片表面制造纳米结构,如纳米线或纳米点。
6.沉积:通过化学气相沉积或物理气相沉积,将不同材料层沉积在芯片表面,如金属、绝缘体或半导体层。
7.重复沉积和刻蚀:通过多次沉积和刻蚀的循环,制造多层电路元件。
8.清洗和干燥:在制造过程的各个阶段,对芯片进行清洗和干燥处理,以去除残留的化学物质。
9.磊晶:通过化学气相沉积,制造晶圆上的单晶层,通常为外延层。
10.接触制作:通过光刻和金属沉积技术,在芯片表面创建电阻或连接电路。
11.温度处理:在高温下对芯片进行退火和焙烧,以改善电子器件的性能。
12.筛选和测试:对芯片进行电学和物理测试,以确认是否符合规格。
后端工艺(封装):1.芯片粘接:将芯片粘接在支架上,通常使用导电粘合剂。
2.导线焊接:使用焊锡或焊金线将芯片上的引脚和触点连接到封装支架上的焊盘。
3.封装材料:将芯片用封装材料进行保护和隔离。
常见的封装材料有塑料、陶瓷和金属。
4.引脚连接:在封装中添加引脚,以便在电子设备中连接芯片。
5.印刷和测量:在封装上印刷标识和芯片参数,然后测量并确认封装后的器件性能。
半导体制造工艺流程简介导言:一、晶圆加工晶圆加工是制造集成电路的第一步。
它包括以下过程:1.晶圆生长:通过化学气相沉积或金属有机化学气相沉积等方法,在硅片基底上生长单晶硅。
这个过程需要非常高的温度和压力。
2.剥离:将生长的单晶硅从基底上剥离下来,并校正其表面的缺陷。
3.磨削和抛光:使用机械研磨和化学力学抛光等方法,使晶圆的表面非常光滑。
二、晶圆清洗晶圆清洗是为了去除晶圆表面的杂质和污染物,以保证后续工艺的顺利进行。
清洗过程包括以下步骤:1.热酸洗:利用强酸(如硝酸和氢氟酸)将晶圆浸泡,以去除表面的金属杂质。
2.高温氧化:在高温下将晶圆暴露在氧气中,通过热氧化去除有机杂质和表面缺陷。
3.金属清洗:使用氢氟酸和硝酸等强酸,去除金属杂质和有机污染物。
4.DI水清洗:用去离子水清洗晶圆,以去除化学清洗剂的残留。
三、晶圆制备晶圆制备是将晶圆上的材料和元件结构形成的过程。
它包括以下过程:1.掩膜制作:将光敏材料涂覆在晶圆表面,通过光刻技术进行曝光和显影,形成图案化的光刻胶掩膜。
2.沉积:通过物理气相沉积或化学气相沉积等方法,在晶圆上沉积材料层,如金属、氧化物、硅等。
3.腐蚀:采用湿法或干法腐蚀等技术,去除晶圆上不需要的材料,形成所需的结构。
4.清洗:再次进行一系列清洗步骤,以去除腐蚀产物和掩膜残留物,保证材料层的质量。
四、材料获取材料获取是指在晶圆上制造晶体管、电阻器、电容器等器件结构的过程。
它包括以下步骤:1.掺杂:通过离子注入或扩散等方法,在晶圆上引入有选择性的杂质,以改变材料的导电性或断电性能。
2.退火:通过高温热处理,消除杂质引入过程中的晶格缺陷,并使掺杂的材料达到稳定状态。
3.金属-绝缘体-金属(MIM)沉积:在晶圆上沉积金属、绝缘体和金属三层结构,用于制造电容器。
4.金属-绝缘体(MIS)沉积:在晶圆上沉积金属和绝缘体两层结构,用于制造晶体管的栅极。
五、封装和测试封装是将晶圆上制造的芯片放在封装底座上,并封装成可插入其他设备的集成电路。
半导体的生产工艺流程半导体的生产工艺流程是指将原始材料转变成半导体器件的过程。
这个过程经历了多个步骤,包括原材料制备、晶体生长、芯片加工、封装测试等。
首先,原材料制备是整个半导体生产工艺流程的第一个步骤。
原材料通常是硅,通过高纯度硅的提纯和合成,杂质被尽量去除,以确保最终的半导体器件具有优良的电性能。
接下来,是晶体生长的步骤。
晶体生长是将高纯度的硅材料通过石英炉加热熔化,然后缓慢冷却,使其形成具有晶体结构的硅棒。
晶体生长的方法有多种,如单晶法和多晶法,其中单晶法生长出的晶体质量更好。
在晶体生长完成后,需要将硅棒切割成薄片,用于制作半导体芯片。
这个过程被称为切割,常见的切割方式是使用钢丝锯或激光。
切割后,薄片的表面会进行酸洗和抛光,以去除表面的杂质和瑕疵。
接下来是芯片加工的步骤。
芯片加工是将薄片上形成的电路图案通过光刻、蚀刻、沉积等工艺逐步实现的过程。
首先是光刻,将光刻胶涂在薄片上,然后使用光刻机将电路图案打印到光刻胶上。
然后,通过蚀刻将电路图案转移到薄片上。
接下来是沉积,通过化学反应在薄片上沉积一层薄膜,以满足特定电路要求。
最后,通过清洗将多余的光刻胶和薄膜去除。
芯片加工完成后,需要对芯片进行封装和测试。
封装是将芯片封装在塑料或陶瓷封装体中,以保护芯片并方便与外部电路连接。
测试是对封装完成的芯片进行电性能和可靠性测试,确保芯片的质量符合要求。
综上所述,半导体的生产工艺流程包括原材料制备、晶体生长、芯片加工、封装测试等步骤。
每个步骤都是严格控制和精细操作的,以保证最终的半导体器件具有高质量和可靠性。
这些工艺步骤的不断改进和创新,是推动半导体技术不断发展的重要因素。
半导体制造流程及生产工艺流程1.原料准备:半导体制造的原料主要是硅(Si),通过提取和纯化的方式获得高纯度的硅单晶。
2. 晶圆制备:将高纯度的硅原料通过Czochralski或者Float Zone方法,使其形成大型硅单晶圆(晶圆直径一般为200mm或300mm)。
3.表面处理:进行化学机械抛光(CMP)和去杂质处理,以去除晶圆表面的污染物和粗糙度。
4.晶圆清洗:使用化学溶液进行清洗,以去除晶圆表面的有机和无机污染物。
5.硅片扩散:通过高温反应,将所需的杂质(如磷或硼)掺杂到硅片中,以改变其电子性质。
6.光刻:在硅片上涂覆光刻胶,并使用掩模板上的图案进行曝光。
然后将光刻胶显影,形成图案。
7.蚀刻:使用化学溶液进行蚀刻,以去除未被光刻胶所保护的区域,暴露出下面的硅片。
8.金属蒸镀:在硅片表面沉积金属层,用于连接电路的不同部分。
9.氧化和陶瓷:在硅片表面形成氧化层,用于隔离不同的电路元件。
10.电极制备:在硅片上形成金属电极,用于与其他电路元件连接。
11.测试和封装:将晶圆切割成单个芯片,然后对其进行测试和封装,以确保其性能符合要求。
以上是半导体制造的主要步骤,不同的半导体产品可能还涉及到其他特定的工艺流程。
此外,半导体制造过程还需要严格的质量控制和环境控制,以确保产品的可靠性和性能。
不同的半导体生产流程会有所不同,但大致上都包含以下几个关键的工艺流程:1. 前端制程(Front-end Process):包括晶圆清洗、来料检测、扩散、光刻、蚀刻、沉积等步骤。
这些步骤主要用于在硅片上形成电子元件的结构。
2. 中端制程(Middle-end Process):包括溅射、化学机械抛光、化学物理蚀刻、金属蒸镀等步骤。
这些步骤主要用于在晶圆上形成连接电子元件的金属线路。
3. 后端制程(Back-end Process):包括划片、电极制备、测试、封装等步骤。
这些步骤主要用于将芯片进行切割、封装,以及测试芯片的性能。
半导体制造工艺流程大全1.半导体材料准备:制造过程的第一步是准备半导体材料。
常用的半导体材料包括硅、砷化镓和磷化镓等。
这些材料需要通过晶体生长技术来制备出高纯度的单晶硅片或外延片。
2.掩膜制备:接下来,需要在半导体材料上制备一层掩膜。
掩膜是一种特殊的光刻胶,能够帮助定义出待制造的电子器件结构。
通过光刻技术,在掩膜上曝光并使用化学溶解剂去除暴露区域的光刻胶,从而形成所需的图案。
3.制造掩模:根据所需的器件结构,需要制造掩模。
掩模通常由透明的石英板和掩模背面涂上的金属膜组成。
使用电子束或激光刻蚀技术将所需的图案转移到金属膜上,然后再去除背面的掩膜光刻胶。
4.器件制造:将制造好的掩模放在准备好的半导体材料上,通过离子注入、物理气相沉积或化学气相沉积等技术,在材料上制备出所需的器件结构和电路连接电路。
5.清洗和拷贝:在制造过程中,需要定期清洗掉不需要的杂质和残留物,以确保器件性能的稳定。
此外,对于大规模集成电路制造,还需要使用光刻和蚀刻等技术进行电路拷贝。
6.热处理和退火:在器件制造的后期,还需要进行一系列的热处理和退火工艺。
这些工艺可以改变器件的电学和结构特性,以提高性能和可靠性。
7.电极制造:最后一步是制造电极。
使用金属薄膜沉积技术,在器件上制备出电极连接电路。
这些电极可以用于对器件进行电压和电流的刺激和测量。
半导体制造是一个高度精密和复杂的过程,需要使用多种材料和技术。
根据所制备器件的不同,工艺流程也会有所不同。
此外,随着科技的发展,新的材料和工艺技术也在不断涌现,使半导体制造工艺变得更加多样化和复杂化。
以上只是半导体制造工艺流程的一个简要概述,实际的制造过程会更加复杂和详细。
不同的半导体制造公司和研发机构可能会有特定的流程和工艺参数。
因此,在实际应用中,需要根据具体需求和材料特性来设计和优化制造工艺流程。
半导体生产工艺流程半导体生产工艺流程主要包括晶片制备、刻蚀、离子注入、金属沉积、封装等多个环节。
下面就来具体介绍一下这些环节的工艺流程。
首先是晶片制备。
晶片制备是整个半导体生产工艺流程的第一步,主要包括硅片清洗、切割、抛光和制程控制等环节。
首先,将硅单晶进行清洗,去除表面的杂质和氧化层。
然后,将单晶硅锯割成薄片,通常为几十微米至几百微米的厚度。
接下来,将薄片进行抛光,使其表面更加光滑。
最后,对晶片进行制程控制,包括清洗、添加掺杂剂和涂覆光刻胶等步骤,以便之后的刻蚀和离子注入工艺。
接下来是刻蚀。
刻蚀是将光刻胶和表面杂质进行精确刻蚀的过程。
首先,将光刻胶涂覆在晶片上,并利用光刻机对光刻胶进行曝光处理,形成所需的图案。
然后,将光刻胶暴露的部分进行刻蚀,暴露出晶片表面的部分。
最后,通过清洗将光刻胶残留物去除,完成刻蚀过程。
然后是离子注入。
离子注入主要用于掺杂半导体材料,改变半导体材料的导电性质。
首先,将晶片放置在注入机器中,然后加热晶片以提高其表面活性。
接下来,通过注射器向晶片上注入所需的掺杂剂,如硼、磷或砷等。
注入过程中,通过控制注射时间和注射剂量,可以实现精确的掺杂。
接下来是金属沉积。
金属沉积是将金属层覆盖在晶片表面的过程,用于电极的形成和电连接。
首先,将晶片放置在涂膜机中,然后将金属薄膜沉积在晶片表面。
金属薄膜的沉积可以通过物理气相沉积或化学气相沉积等方法实现。
接下来,通过光刻和刻蚀等工艺,将金属膜制成所需的形状和尺寸,形成电极和电连接。
最后是封装。
封装是将晶片封装在塑料壳体中,以保护晶片并提供外部电连接。
首先,将晶片固定在封装基板上。
然后,通过焊接或固化剂将晶片与基板连接。
接下来,将封装壳体放置在基板上,并使用胶水或焊接等方式密封。
最后,安装焊脚和引线等外部连接部件,完成封装过程。
以上就是半导体生产工艺流程的一般步骤。
当然,具体的工艺流程和步骤可能因产品类型和制造厂家而有所不同,但总体上都包括晶片制备、刻蚀、离子注入、金属沉积和封装等环节,每个环节都需要严格控制工艺参数和质量要求,以确保制造出高质量的半导体产品。
半导体的生产工艺流程引言半导体是现代电子技术中不可或缺的关键元件,其广泛应用于计算机、通信、汽车等领域。
半导体的生产工艺流程决定了最终产品的质量和性能。
本文将介绍半导体的生产工艺流程,包括晶圆加工、化学蚀刻、光刻、扩散等过程。
1. 晶圆加工半导体生产的第一步是进行晶圆加工。
晶圆是由高纯度的硅材料制成的圆片,通常直径为200mm或300mm。
晶圆加工主要包括以下几个步骤:1.1 清洗晶圆清洗晶圆是为了去除表面的污染物,以确保后续工艺的顺利进行。
清洗晶圆通常使用化学溶液浸泡、超声波清洗或喷洗等方法。
1.2 氧化处理氧化处理是将晶圆表面形成一层氧化硅薄膜,以保护晶圆表面不被污染。
氧化处理可以使用干法或湿法进行。
1.3 溅射镀膜溅射镀膜是将金属或其他材料溅射到晶圆表面,形成一层薄膜。
溅射镀膜可以用于制作金属导线、保护层、隔离层等。
1.4 蚀刻蚀刻是将晶圆表面的材料部分去除,以形成所需的结构。
蚀刻可以使用干法或湿法进行。
2. 化学蚀刻化学蚀刻是半导体生产过程中的重要步骤之一,用于精确控制半导体材料的形状和尺寸。
化学蚀刻包括以下几个步骤:2.1 掩膜制备掩膜是用于保护半导体材料不被蚀刻的薄膜。
掩膜制备通常采用光刻技术,即在掩膜上通过曝光和显影得到所需的图案。
2.2 蚀刻液制备蚀刻液是用于将未被掩膜保护的半导体材料腐蚀的溶液。
常用的蚀刻液包括酸性溶液、碱性溶液和氧化物溶液等。
2.3 蚀刻过程蚀刻过程是将晶圆浸泡在蚀刻液中,使未被掩膜保护的半导体材料被腐蚀掉。
蚀刻过程需要控制时间、温度和浓度等参数,以保证蚀刻的精确性和一致性。
3. 光刻光刻是半导体生产流程中的重要环节,用于在晶圆上制作微小的图案。
光刻主要包括以下几个步骤:3.1 光刻胶涂覆光刻胶是一种高精度的感光材料,用于记录图案。
光刻胶通过旋涂在晶圆表面形成一层薄膜。
3.2 曝光曝光是将光刻胶暴露于紫外光下,通过光刻机上的掩膜将所需的图案投射到光刻胶上。
3.3 显影显影是将显像剂涂敷在已暴露过的光刻胶上,通过化学反应将未暴露的部分溶解掉,从而形成所需的图案。
半导体的生产工艺流程微机电制作技术,尤其是最大宗以硅半导体为基础的微细加工技术(silicon-basedmicromachining),原本就肇源于半导体组件的制程技术,所以必须先介绍清楚这类制程,以免沦于夏虫语冰的窘态。
一、洁净室一般的机械加工是不需要洁净室(cleanroom)的,因为加工分辨率在数十微米以上,远比日常环境的微尘颗粒为大。
但进入半导体组件或微细加工的世界,空间单位都是以微米计算,因此微尘颗粒沾附在制作半导体组件的晶圆上,便有可能影响到其上精密导线布局的样式,造成电性短路或断路的严重后果。
为此,所有半导体制程设备,都必须安置在隔绝粉尘进入的密闭空间中,这就是洁净室的来由。
洁净室的洁净等级,有一公认的标准,以class10为例,意谓在单位立方英呎的洁净室空间内,平均只有粒径0.5微米以上的粉尘10粒。
所以class后头数字越小,洁净度越佳,当然其造价也越昂贵。
为营造洁净室的环境,有专业的建造厂家,及其相关的技术与使用管理办法如下:1、内部要保持大于一大气压的环境,以确保粉尘只出不进。
所以需要大型鼓风机,将经滤网的空气源源不绝地打入洁净室中。
2、为保持温度与湿度的恒定,大型空调设备须搭配于前述之鼓风加压系统中。
换言之,鼓风机加压多久,冷气空调也开多久。
3、所有气流方向均由上往下为主,尽量减少突兀之室内空间设计或机台摆放调配,使粉尘在洁净室内回旋停滞的机会与时间减至最低程度。
4、所有建材均以不易产生静电吸附的材质为主。
5、所有人事物进出,都必须经过空气吹浴(airshower)的程序,将表面粉尘先行去除。
6、人体及衣物的毛屑是一项主要粉尘来源,为此务必严格要求进出使用人员穿戴无尘衣,除了眼睛部位外,均需与外界隔绝接触(在次微米制程技术的工厂内,工作人员几乎穿戴得像航天员一样。
)当然,化妆是在禁绝之内,铅笔等也禁止使用。
7、除了空气外,水的使用也只能限用去离子水(DIwater,de-ionizedwater)。
一则防止水中粉粒污染晶圆,二则防止水中重金属离子,如钾、钠离子污染金氧半(MOS)晶体管结构之带电载子信道(carrierchannel),影响半导体组件的工作特性。
去离子水以电阻率(resistivity)来定义好坏,一般要求至17.5MΩ-cm以上才算合格;为此需动用多重离子交换树脂、RO逆渗透、与UV紫外线杀菌等重重关卡,才能放行使用。
由于去离子水是最佳的溶剂与清洁剂,其在半导体工业之使用量极为惊人!8、洁净室所有用得到的气源,包括吹干晶圆及机台空压所需要的,都得使用氮气(98%),吹干晶圆的氮气甚至要求99.8%以上的高纯氮!以上八点说明是最基本的要求,另还有污水处理、废气排放的环保问题,再再需要大笔大笔的建造与维护费用!二、晶圆制作硅晶圆(siliconwafer)是一切集成电路芯片的制作母材。
既然说到晶体,显然是经过纯炼与结晶的程序。
目前晶体化的制程,大多是采「柴可拉斯基」(Czycrasky)拉晶法(CZ法)。
拉晶时,将特定晶向(orientation)的晶种(seed),浸入过饱和的纯硅熔汤(Melt)中,并同时旋转拉出,硅原子便依照晶种晶向,乖乖地一层层成长上去,而得出所谓的晶棒(ingot)。
晶棒的阻值如果太低,代表其中导电杂质(impuritydopant)太多,还需经过FZ 法(floating-zone)的再结晶(re-crystallization),将杂质逐出,提高纯度与阻值。
三、半导体制程设备半导体制程概分为三类:(1)薄膜成长,(2)微影罩幕,(3)蚀刻成型。
设备也跟着分为四类:(a)高温炉管,(b)微影机台,(c)化学清洗蚀刻台,(d)电浆真空腔室。
其中(a)~(c)机台依序对应 (1)~(3)制程,而新近发展的第(d)项机台,则分别应用于制程(1)与(3)。
由于坊间不乏介绍半导体制程及设备的中文书籍,故本文不刻意锦上添花,谨就笔者认为较有趣的观点,描绘一二!(一)氧化(炉)(Oxidation)对硅半导体而言,只要在高于或等于1050℃的炉管中,如图2-3所示,通入氧气或水汽,自然可以将硅晶的表面予以氧化,生长所谓干氧层(dryz/gateoxide)或湿氧层(wet/fieldoxide),当作电子组件电性绝缘或制程掩膜之用。
氧化是半导体制程中,最干净、单纯的一种;这也是硅晶材料能够取得优势的特性之一(他种半导体,如砷化镓GaAs,便无法用此法成长绝缘层,因为在550℃左右,砷化镓已解离释放出砷!)硅氧化层耐得住850℃~1050℃的后续制程环境,系因为该氧化层是在前述更高的温度成长;不过每生长出1微米厚的氧化层,硅晶表面也要消耗掉0.44微米的厚度。
以下是氧化制程的一些要点:(1)氧化层的成长速率不是一直维持恒定的趋势,制程时间与成长厚度之重复性是较为重要之考量。
(2)后长的氧化层会穿透先前长的氧化层而堆积于上;换言之,氧化所需之氧或水汽,势必也要穿透先前成长的氧化层到硅质层。
故要生长更厚的氧化层,遇到的阻碍也越大。
(3)干氧层主要用于制作金氧半(MOS)晶体管的载子信道(channel);而湿氧层则用于其它较不严格讲究的电性阻绝或制程罩幕(masking)。
前者厚度远小于后者,1000~1500埃已然足够。
(4)对不同晶面走向的晶圆而言,氧化速率有异:通常在相同成长温度、条件、及时间下,{111}厚度≧{110}厚度>{100}厚度。
(5)导电性佳的硅晶氧化速率较快。
(6)适度加入氯化氢(HCl)氧化层质地较佳;但因容易腐蚀管路,已渐少用。
(7)氧化层厚度的量测,可分破坏性与非破坏性两类。
前者是在光阻定义阻绝下,泡入缓冲过的氢氟酸(BOE,BufferedOxideEtch,系HF与NH4F 以1:6的比例混合而成的腐蚀剂)将显露出来的氧化层去除,露出不沾水的硅晶表面,然后去掉光阻,利用表面深浅量测仪(surfaceprofileroralphastep),得到有无氧化层之高度差,即其厚度。
(8)非破坏性的测厚法,以椭偏仪(ellipsometer)或是毫微仪(nano-spec)最为普遍及准确,前者能同时输出折射率(refractiveindex;用以评估薄膜品质之好坏)及起始厚度b与跳阶厚度a(总厚度t=ma+b),实际厚度(需确定m之整数值),仍需与制程经验配合以判读之。
后者则还必须事先知道折射率来反推厚度值。
(9)不同厚度的氧化层会显现不同的颜色,且有2000埃左右厚度即循环一次的特性。
有经验者也可单凭颜色而判断出大约的氧化层厚度。
不过若超过1.5微米以上的厚度时,氧化层颜色便渐不明显。
(二)扩散(炉)(diffusion)1、扩散搀杂半导体材料可搀杂n型或p型导电杂质来调变阻值,却不影响其机械物理性质的特点,是进一步创造出p-n接合面(p-njunction)、二极管(diode)、晶体管(transistor)、以至于大千婆娑之集成电路(IC)世界之基础。
而扩散是达成导电杂质搀染的初期重要制程。
众所周知,扩散即大自然之输送现象(transportphenomena);质量传输(masstransfer)、热传递(heattransfer)、与动量传输(momentumtransfer;即摩擦拖曳)皆是其实然的三种已知现象。
本杂质扩散即属于质量传输之一种,唯需要在850oC以上的高温环境下,效应才够明显。
由于是扩散现象,杂质浓度C(concentration;每单位体积具有多少数目的导电杂质或载子)服从扩散方程式如下:这是一条拋物线型偏微分方程式,同时与扩散时间t及扩散深度x有关。
换言之,在某扩散瞬间(t固定),杂质浓度会由最高浓度的表面位置,往深度方向作递减变化,而形成一随深度x变化的浓度曲线;另一方面,这条浓度曲线,却又随着扩散时间之增加而改变样式,往时间无穷大时,平坦一致的扩散浓度分布前进!既然是扩散微分方程式,不同的边界条件(boundaryconditions)施予,会产生不同之浓度分布外形。
固定表面浓度(constantsurfaceconcentration)与固定表面搀杂量(constantsurfacedosage),是两种常被讨论的具有解析精确解的扩散边界条件(参见图2-4):2、前扩散(pre-deposition) 第一种定浓度边界条件的浓度解析解是所谓的互补误差函数(complementaryerrorfunction),其对应之扩散步骤称为「前扩散」,即我们一般了解之扩散制程;当高温炉管升至工作温度后,把待扩散晶圆推入炉中,然后开始释放扩散源(p型扩散源通常是固体呈晶圆状之氮化硼【boron-nitride】芯片,n型则为液态POCl3之加热蒸气)进行扩散。
其浓度剖面外形之特征是杂质集中在表面,表面浓度最高,并随深度迅速减低,或是说表面浓度梯度(gradient)值极高。
3、后驱入(postdrive-in) 第二种定搀杂量的边界条件,具有高斯分布(Gaussiandistribution)的浓度解析解。
对应之扩散处理程序叫做「后驱入」,即一般之高温退火程序;基本上只维持炉管的驱入工作温度.(二)微影(Photo-Lithography)1、正负光阻微影光蚀刻术起源于照相制版的技术。
自1970年起,才大量使用于半导体制程之图形转写复制。
原理即利用对紫外线敏感之聚合物,或所谓光阻(photo-resist)之受曝照与否,来定义该光阻在显影液(developer)中是否被蚀除,而最终留下与遮掩罩幕,即光罩(mask)相同或明暗互补之图形;相同者称之「正光阻」(positiveresist),明暗互补者称之「负光阻」(negativeresist),如图2-6所示。
一般而言,正光阻,如AZ-1350、AZ-5214、FD-6400L等,其分辨率及边缘垂直度均佳,但易变质,储存期限也较短(约半年到一年之间),常用于学术或研发单位;而负光阻之边缘垂直度较差,但可储存较久,常为半导体业界所使用。
2、光罩前段述及的光罩制作,是微影之关键技术。
其制作方式经几十年之演进,已由分辨率差的缩影机(由数百倍大的红胶纸【rubby-lith】图样缩影)技术,改良为直接以计算机辅助设计制造(CAD/CAM)软件控制的雷射束(laser-beam)或电子束(E-beam)书写机,在具光阻之石英玻璃板上进行书写(曝光),分辨率(最小线宽)也改进到微米的等级。
由于激光打印机的分辨率越来越好,未来某些线宽较粗的光罩可望直接以打印机出图。
举例而言,3386dpi的出图机,最小线宽约为七微米。
3、对准机/步进机在学术或研发单位中之电路布局较为简易,一套电路布局可全部写在一片光罩中,或甚至多重复制。