图解半导体逻辑IC制程
图解半导体逻辑IC制程
电子机器的动作所必需的内部信号处理大致可以分为模拟信号处理和数字信号处理。处理前者的是模拟用半导体器件，处理后者的数字信号处理的就是逻辑IC，逻辑IC中也有很多种类。
IC、LSI在制造程序上大致分为双极系列和MOS系列，还可以再分为混合两者的BiCMOS 等复合型。
逻辑IC是执行数字信号处理的IC、LSI，双极系列（也就是双极逻辑）现在只有TTL和ECL，因此提及逻辑IC时，一般可以视为指CMOS逻辑系列以及BiCMOS系列。
而且，逻辑IC也可分为（1）通用逻辑、通用MPU之类的标准品；（2）ASIC（特殊用途用IC）；（3）配合本公司规格开发的定制LSI专用产品这几类。
ASIC可以分成ASCP（顾客专用品）和ASSP（待业专用品），ASCP还能进一步细分成门阵列（GA）、可现场编程式门阵列（FPGA）、标准单元（SC）、嵌入式单元阵列（ECA）等。但是，即使是完全的定制IC，但通讯用或数码家电、车载系统中基本使用的电路及构件等都是相同的，开发上的平台大都由半导体生产厂家准备。通过以平台为基础进行设计，可以缩短开发时间。像这样定制IC和ASIC的界限没有明确区分，有时也将定制IC作为通用产品进行销售，由此可见，目前情况下这样的分类是非常困难的。
逻辑IC中有被称为MPR（microperipheral:微控制器周边设备）的器件。这是和于硬盘、图像处理、打印机等，主要用于计算机周边设备的专用LSI。各机器生产厂家大都采用ASIC 的方法进行开发，和上述一样很难做出明确的分类。
逻辑IC可以分为制造工艺、应用领域、设计方法等3种，因此分类越来越困难。
逻辑IC、LSI的分类
О双极逻辑IC、LSI
TTL（Transistor Transistor Logic）
目前，只有部分生产厂家在生产，市场也在不断缩小。
ECL(Emitter Coupled Logic)
通过把NPN双极晶体管放在非饱和区域使用，并缩小理论振幅来获得高速特性，可用于要求高速性的IC测试器、通讯用等。
О代表性的CMOS逻辑IC/LSI
通用CMOS逻辑
MPU（Micro Processing Unit）
MCU(Micro Controller Unit)
DSP(Digital Signal Processor)
MPR(Micro Peripherals)
ASIC(Application Specific IC)
GA(Gate Array)
SC(Standard Cell)
DSP的例子
面向各种用途的逻辑IC
CMOS和反相电路
CMOS电路是由P通道能及N通道双方的MOS晶体管构成的电路。由于具有消耗电流少、高速化方便、抗杂音能力强、输入输出全摆式等特点，因此现在几乎所有的LSI都是在这种技术的基础上构成的。
CMOS技术
CMOS的结构是在N型基板中形成P通道的晶体管，在N型基板中做成较大的低浓度P型区域（叫娓娓动听P井），在P井中形成N通道晶体管。还有与基相反，使用P型基板做成N井的。
反相器
是逻辑IC/LSI的基本电路。如图所示，举例说明N型或P型晶体管（TN、TP）串联形成的反相电路。门极G上输入“1”信号（SP电位）的话，TN将为ON，而TP则成为OFF。相反，输入“0”信号（SN电位）的话，TN为OFF，而TP则成为ON。对于任何输入，总有一个对应的晶体管是OFF状态，且由SP到SN的电流不会流通，因此消耗电流将减少（PMOS、NMOS的1/100-1/1000）。ON\OFF切换时因寄生电容会充放电，因此随着工作频率增加，耗电量将增大。
优点
·非常少的耗电量
·快速的动作速度
·抗杂音较强
·和TTL可兼弱容性
·以低电压动作简单
缺点
·制作和序复杂且耗时长
用途
·标准逻辑（相当于ＴＴＬ逻辑）
·几乎所有的数字ＬＳＩ（ＭＰＵ＼ＭＣＵ）＼ＤＳＰ＼图象处理ＬＳＩ＼语音处理）
·电子计算器＼钟表＼游戏机
·掌上电脑
·电话机
·存储器（ＲＡＭ＼ＲＯＭ）
·其他＼客户规格逻辑电路等
CMOS反相器的图形记号和动作
CMOS反相器的电路图
例：CMOS反相器的结构图
通用逻辑（CMOS）
指将构成数字电路的闸、缓冲器、正反器等最基本的功能予以独立的IC产品群。而且，功能、引脚配置、电气特性等都是全球性标准化的产品群。在制程上还有CMOS、BiCMOS、双极等。
通用逻辑的主要功能
·逻辑运算功能（闸电路）图1
·开关功能
·数据的保持功能图2
·总线驱动器（缓冲器）功能图3
·计数器/除频功能
·电平移动功能
品名和标准化
附加74XXX的品名的标准逻辑作为74规格，其功能、引脚配置都加以标准化。如果品名（上述XXX的部分）相同，则功能、引脚配置无论哪个生产厂商、哪个系列都相同。系列名不同，数据处理速度、驱动能力等性能将不同，相反，如果系列名相同，则无论哪个生产厂商的性能大致相同。各系列中有数十品种到百数十品种的产品（功能）。
*通用逻辑最早以使用双极系列逻辑为主，现在能方便地实现低耗电量/低电源电压的CMOS 逻辑已成为主流。而且，双极系列中，ECL也用于超高速应用领域（高速测试器等）。
图1 闸IC例/74VHC04
图2 正反器IC例/74VHC74
图3缓冲器IC例/74VHC244
品名的辨认证
通用逻辑的种类
微处理器
微处理器（micro-computer,简称micon）,作为计算机，通过LSI实现必要功能的小型计算机。从身边的家电产品到计算机及小型控制机器，被广泛应用在系统中。
策处理器由进行运算、控制的CPU（中央运算处理装置）、进行记忆的存储器、进行和外部输入、输出的I/O的三部分构成。它们之间的信息交换，通过以下三务总线进行。
（1）地址总线：用于指定存储器及I/O地址的信号线；
（2）数据总线：用于将数据传输到地址总线指定的存储器及I/O的信号线；
（3）控制总线：用于指示是否读取或写入存储器及I/O、或其他从CPU进行各种控制的信号线。
大规模系统中，将各种结构要素加以集成化后的LSI进行组合，小规模系统中，使用将这些集成到一块芯片上的LSI。
CPU和各种总线连接图
CISC和RISC
计算机心脏部分——CPU大致分为两类。一类是具有实现复杂且高度功能的命令，旨在提高性能的CISC。还有一类是将命令设置单纯化，旨在提高命令执行速度的RISC。
CISC方式
减少一个处理所需的命令数，旨在提高性能。通过1个命令就可以执行复杂的动作，因此叫做CISC（Complexed Instruction Set Computer：复杂命令集计算机）方式。相反，命令长度可变，且比较复杂，因此解读需要一定的时间，用于执行的内部电路变得复杂，硬件设计的负担增加。
RISC方式
只具有少数的单纯性命令，旨在加快执行速度。命令长度固定，因此解码器电路及执行电路
的规模较小。命令只有最基本的，因此叫做RISC（Reduced Instruction Set Computer：缩小命令集计算机）方式。命令数量少，因此需要软件的负担增加，但通过使用C语言等高级语言，可以提高开发效率。
CISC和RISO的特征
微处理器（MPU）
MPU是意气风发计算机所需的运算、控制功能集成到一块芯片上的LSI。随着半导体集成电路技术的不断发展，以往将多个IC进行组合后构成CPU的器件现在可以用一个MPU加
以实现。
何谓MPU
我们将构成微处理器要素中的运算部分和控制部分合在一起的心脏部分叫做CPU，将这个CPU通过1个LSI加以实现的器件就是MPU（微处理器）。MPU不能单独作为计算机动作，因此将存储器及I/O进行组合后构成计算机。
MPU的基本动作
目前的大部分计算机都是从存储器读取命令、一个个逐步执行的被叫做诺依曼型的器件。MPU读取写在存储器内的程序，解读写在程序内的命令，按照指示，执行将数据存储到存储器内，或将数据取出等作业。
微处理器的功作单元例
微型周边设备（MPR）
所谓微型周边设备（周边LSI），是指存在于MPU和输入输出设备之间接口的LSI。主要分为支持MPU的LSI和控制周边设备以及传输数据的LSI，根据不同用途，有各种种类。MPR用于减轻对MPU的负担，提高整个微控制器系统的性能。因为通过专用LSI控制周边设备，因此也可以减轻软件的负担。MPR不断在必须采取图形用及MPEG等图像处理、声音识别等高速处理的领域中得到应用。
MPU支持用MPR
存储器管理单元（Memory Management Unit：MMU）
采用大量且多种存储器的系统中，管理存储器变得复杂，因此要使用MMU，减轻MPU的负担。
可编程中断控制(Programmable Interrupt Control：PIC)
在需要多个中断输入的系统中，通过PIC扩大中断处理的功能。在连接很多周边设备等情况时，发挥整理交通的作用。
直接存储器存取控制器（Direct Memory Access Controller:DMAC）
通过使用DMAC，可以在不通过MPU的情况下，直接在周边设备及存储器之间高速传输数
据。在DMAC传输数据期间，MPU也可以进行其它处理，因此可以大幅度提高系统的效率。周边控制用MPR
实时时钟（Real-Time Clock:RTC）
这是用于系统的时钟专用LSI。使用MPU的数据总线，输入输出时刻数据。一般情况下，备有专用电池，即使系统电源断开，也将保持时钟动作。
硬盘控制器（Hard-Disc Controller：HDC）
这是用于控制硬盘驱动器的专用LSI。硬盘可以高速保存大容量的数据，因此成为计算机的辅助存储装置的主流。
除此以外，还有图像处理用图形显示控制器（Graphic Display Controller：GDC）、CD-ROM/DVD-ROM驱动用的伺服处理器、音频用数字信号处理器（DSP）等各种专用的MPR。
微控制器（MCU）
微控制器是将除了执行运算及控制的MPU功能以外，还有存储功能、输入输出控制功能集成在一块芯片LSI上的器件。也叫做单芯片微控制器。
何谓MCU
MCU在1个LSI中，收纳应用设备所必须的大部分功能，做成极为小型的电路，因此成本低，适合量产。作为安装在家电设备及产业设备等中的控制器，被大量使用。应该内置的周边功能根据应用设备不同而不同，因此针对特定用途的性格较强，根据各种用途，做成多品种的MCU。
芯片放大照片
芯片的放框（左面照片）
微控制器的内部结构例
MCU应用到彩色串联打印机的举例
微控制器开发系统
开发应用了微控制器的产品时，必须开发产品本身（硬件）及使微控制器动作的程序（软件）。这些开发以及验证所必须的一套器材统称为开发系统。
★语言工具
语言工具是对用户源程序执行从编码到编译、汇编、链接等一系列作业，用于输出对象（执行）文件的系统的总称。
★设计支持工具（CASE工具）
CASE工具是用于支援以设计工程到编程工程以及文档制作为中心的维护工程的系统名称。★嵌入控制
嵌入控制是对用户源编程提供特定功能的软件的总称。
<实时OS>
用于控制安装系统中多任务动作的软件。
<中间件>
通过软件实现以往靠硬件实现的功能。
测试工具
用于确认对象文件动作的系统的总称。
<调试工具>
“模拟器”及“仿真器”的用户接口。
<模拟器>
用软件模拟MCU动作的软件。无须控制器的系统，适合于理论调试。
<实时仿真器>
在实际设备系统上确认动作的方法，是将“仿真控制器”及“仿真埠”进行组合的系统的总称。我们将在此设备上加上用户接口——“调试工具”后的系统叫做“实时仿真系统”。
<辅助工具>
用于联结“实时仿真器”和用户对象的工具的总称。
开发系统的概念图
系统的结构例
何谓系统LSI
主要将数码家电、手机等通信用、以及汽车用所必须的系牢进行集成的大规模设备专用的LSI即为系统LSI。随着应用领域的不断扩大，各种系统LSI的开发正在不断发展，超出千万栅的产品也陆续登场。
系统LSI没有明确的定义。好像各公司有不同的定义，以下是一般的例子。
·具有多内核（MPU、存储器、逻辑或模拟）的单块集成电路LSI；
·担当系统或子系统主要功能的LSI；
·10万栅以上规模的LSI；
·针对单个或多用户的特定应用所开发的LSI。
不包括单芯片的微控制器及电子计算器用、时钟用LSI、SRAM及快闪式存储器的多芯片封装产品、系统模块。
系统LSI的具体应用领域有数码家电（数字TV机顶盒、DVD数码相机、数码摄像机等）计算机及周边设备用（MPEG、图形等图像处理、硬盘用马达及磁头控制）、通信用（网络、手机等）、汽车用（引擎控制、导航、智能传输系统等）等，还有一部分为产业用而开发。
用于数码相机的系统ＬＳＩ
系统ＬＳＩ的具体应用领域有数码家电（数字ＴＶ＼机顶盒＼ＤＶＤ＼数码相机＼数码摄像机等）
下一代多媒体LSI的系统图
手机的方框图
何谓DSP
DSP正如其名（Digital Signal Processor），是将数字信号处理加以特殊化的处理器。一般被称为DSP的信号处理用处理器的内部硬件或结构和一般的MPU有几大不同点。
DSP的重要特征如下所示。
·拥有高速乘法器（一般情况下也具有累加运算结果的功能）；
·具有哈佛型结构（针对程序和数据拥有多个专用总线的结构）；
半导体封装制程简介
（Die Saw） 晶片切割之目的乃是要將前製程加工完成的晶圓上一顆顆之芯片（Die）切割分離。首先要在晶圓背面貼上蓝膜（blue tape）並置於鋼 製的圆环上，此一動作叫晶圓粘片（wafer mount），如圖一，而後再 送至晶片切割機上進行切割。切割完後，一顆顆之芯片井然有序的排 列在膠帶上，如圖二、三，同時由於框架之支撐可避免蓝膜皺摺而使 芯片互相碰撞，而圆环撐住膠帶以便於搬運。 圖一 圖二
（Die Bond） 粘晶（装片）的目的乃是將一顆顆分離的芯片放置在导线框架（lead frame）上並用銀浆（epoxy ）粘着固定。引线框架是提供芯片一個粘着的位置+ （芯片座die pad），並預設有可延伸ＩＣ芯片電路的延伸腳（分為內 引腳及外引腳inner lead/outer lead）一個引线框架上依不同的設計可以有 數個芯片座，這數個芯片座通常排成一列，亦有成矩陣式的多列排法 。引线框架經傳輸至定位後，首先要在芯片座預定粘着芯片的位置上点
上銀浆（此一動作稱為点浆），然後移至下一位置將芯片置放其上。 而經過切割的晶圓上的芯片則由焊臂一顆一顆地置放在已点浆的晶 粒座上。装片完後的引线框架再由传输设备送至料盒（magazine） 。装片后的成品如圖所示。 引线框架装片成品 胶的烧结 烧结的目的是让芯片与引线框晶粒座很好的结合固定，胶可分为银浆（导电胶）和绝缘胶两种，根据不同芯片的性能要求使用不同的胶，通常导电胶在200度烤箱烘烤两小时；绝缘胶在150度烤箱烘烤两个半小时。 （Wire Bond） 焊线的目的是將芯片上的焊点以极细的金或铜线（18~50um）連接到引线框架上的內引腳，藉而將ＩＣ芯片的電路訊號傳輸到外界。當
半导体全制程介绍
《晶圆处理制程介绍》 基本晶圆处理步骤通常是晶圆先经过适当的清洗（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层，紧接着厚约1000到2000的氮化硅层 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，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」。 2）蚀刻经过黄光定义出我们所需要的电路图，把不要的部份去除掉，此去除的步骤就> 称之为蚀刻，因为它好像雕刻，一刀一刀的削去不必要不必要的木屑，完成作品，期间又利用酸液来腐蚀的，所 以叫做「蚀刻区」。 3）扩散本区的制造过程都在高温中进行，又称为「高温区」，利用高温给予物质能量而产生运动，因为本区的机台大都为一根根的炉管，所以也有人称为「炉管区」，每一根炉管都有不同的作用。 4）真空
半导体制造基本概念
半导体制造基本概念 晶圆（Wafer） 晶圆（Wafer）的生产由砂即（二氧化硅）开始，经由电弧炉的提炼还原成冶炼级的硅，再经由盐酸氯化，产生三氯化硅，经蒸馏纯化后，透过慢速分解过程，制成棒状或粒状的「多晶硅」。一般晶圆制造厂，将多晶硅融解后，再利用硅晶种慢慢拉出单晶硅晶棒。一支85公分长，重76.6公斤的8?? 硅晶棒，约需2天半时间长成。经研磨、??光、切片后，即成半导体之原料晶圆片。 光学显影 光学显影是在光阻上经过曝光和显影的程序，把光罩上的图形转换到光阻 下面的薄膜层或硅晶上。光学显影主要包含了光阻涂布、烘烤、光罩对准、曝光和显影等程序。小尺寸之显像分辨率，更在IC 制程的进步上，扮演着最关键的角色。由于光学上的需要，此段制程之照明采用偏黄色的可见光。因此俗称此区为黄光区。 干式蚀刻技术 在半导体的制程中，蚀刻被用来将某种材质自晶圆表面上移除。干式蚀刻（又称为电浆蚀刻）是目前最常用的蚀刻方式，其以气体作为主要的蚀刻媒介，并藉由电浆能量来驱动反应。 电浆对蚀刻制程有物理性与化学性两方面的影响。首先，电浆会将蚀刻气体分子分解，产生能够快速蚀去材料的高活性分子。此外，电浆也会把这些化学成份离子化，使其带有电荷。 晶圆系置于带负电的阴极之上，因此当带正电荷的离子被阴极吸引并加速向阴极方向前进时，会以垂直角度撞击到晶圆表面。芯片制造商即是运用此特性来获得绝佳的垂直蚀刻，而后者也是干式蚀刻的重要角色。 基本上，随着所欲去除的材质与所使用的蚀刻化学物质之不同，蚀刻由下列两种模式单独或混会进行：
1. 电浆内部所产生的活性反应离子与自由基在撞击晶圆表面后，将与某特定成份之表面材质起化学反应而使之气化。如此即可将表面材质移出晶圆表面，并透过抽气动作将其排出。 2. 电浆离子可因加速而具有足够的动能来扯断薄膜的化学键，进而将晶圆表面材质分子一个个的打击或溅击（sputtering）出来。 化学气相沉积技术 化学气相沉积是制造微电子组件时，被用来沉积出某种薄膜(film)的技术，所沉积出的薄膜可能是介电材料(绝缘体)(dielectrics)、导体、或半导体。在进行化学气相沉积制程时，包含有被沉积材料之原子的气体，会被导入受到严密控制的制程反应室内。当这些原子在受热的昌圆表面上起化学反应时，会在晶圆表面产生一层固态薄膜。而此一化学反应通常必须使用单一或多种能量源(例如热能或无线电频率功率)。 CVD制程产生的薄膜厚度从低于0.5微米到数微米都有，不过最重要的是其厚度都必须足够均匀。较为常见的CVD薄膜包括有： ■二气化硅（通常直接称为氧化层） ■氮化硅 ■多晶硅 ■耐火金属与这类金属之其硅化物 可作为半导体组件绝缘体的二氧化硅薄膜与电浆氮化物介电层（plasmas nitride dielectrics）是目前CVD技术最广泛的应用。这类薄膜材料可以在芯片内部构成三种主要的介质薄膜：内层介电层（ILD）、内金属介电层（IMD）、以及保护层。此外、金层化学气相沉积（包括钨、铝、氮化钛、以及其它金属等）也是一种热门的CVD应用。 物理气相沉积技术 如其名称所示，物理气相沉积（Physical Vapor Deposition）主要是一种物理制程而非化学制程。此技术一般使用氩等钝气，藉由在高真空中将氩离子加速以撞击溅镀靶材后，可将靶材原子一个个溅击出来，并使被溅击出来的材质（通常为铝、钛或其合金）如雪片般沉积在晶圆表面。制程反应室内部的高温与高真空环境，可使这些金属原子结成晶粒，再透过微影图案化（patterned）与蚀刻，来得到半导体组件所要的导电电路。 解离金属电浆（IMP）物理气相沉积技术
半导体各工艺简介5
Bubbler Wet Thermal Oxidation Techniques
Film Deposition Deposition is the process of depositing films onto a substrate. There are three categories of these films: * POLY * CONDUCTORS * INSULATORS (DIELECTRICS) Poly refers to polycrystalline silicon which is used as a gate material, resistor material, and for capacitor plates. Conductors are usually made of Aluminum although sometimes other metals such as gold are used. Silicides also fall under this category. Insulators refers to materials such as silicon dioxide, silicon nitride, and P-glass (Phosphorous-doped silicon dioxide) which serve as insulation between conducting layers, for diffusion and implantation masks,and for passivation to protect devices from the environment.
半导体的生产工艺流程
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
半导体制程气体介绍
一、半導體製程氣體介紹: A.Bulk gas: ---GN2 General Nitrogen : 只經過Filter -80℃ ---PN2 Purifier Nitrogen ---PH2 Purifier Hydrgen (以紅色標示) ---PO2 Purifier Oxygen ---He Helium ---Ar Argon ※“P”表示與製程有關 ※台灣三大氣體供應商: 三福化工(與美國Air Products) 亞東氣體(與法國Liquid合作) 聯華氣體(BOC) 中普Praxair B.Process gas : Corrosive gas (腐蝕性氣體) Inert gas (鈍化性氣體) Flammable gas (燃燒性氣體) Toxic gas (毒性氣體) C.General gas : CDA : Compressor DryAir (與製程無關，只有Partical問題)。 ICA : Instrument Compressor Air (儀表用壓縮空氣)。 BCA: Breathinc Compressor Air (呼吸系統用壓縮空氣)。 二、氣體之物理特性: A.氣體分類: 1.不活性氣體: N2、Ar、He、SF6、CO2、CF4 , ….. (惰性氣體) 2.助燃性氣體: O2、Cl2、NF3、N2O ,….. 3.可燃性氣體: H2、PH3、B2H6、SiH2Cl2、NH3、CH4 ,….. 4.自燃性氣體: SiH4、SC2H6 ,….. 5.毒性氣體: PH3、Cl2、AsH3、B2H6、HCl、SiH4、Si2H6、NH3 ,…..
半导体全制程介绍
半导体全制程介绍 《晶圆处理制程介绍》 基本晶圆处理步骤通常是晶圆先经过适当的清洗 （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层，紧接着厚约1000到 2000的氮化硅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，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」。
半导体工艺(精)
半导体的生产工艺流程 -------------------------------------------------------------------------------- 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。 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。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(silicon wafer) 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(impurity dopant) 太多，还需经过FZ悬浮区熔法法(floating-zone) 的再结晶(re-crystallization)，将杂质逐出，提高纯度与阻值。
半导体技术-半导体制程
半导体制程 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。 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MOS晶体管的载子信道（channel），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17.5M?-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 (silicon wafer) 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，大多是采用「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 (impurity dopant) 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。辅拉出的晶棒，外缘像椰子树干般，外径不甚一致，需予以机械加工修边，然后以X光绕射法，定出主切面 (primary flat) 的所在，磨出该平面；再以内刃环锯，削下一片片的硅晶圆。最后经过粗磨 (lapping)、化学蚀平 (chemical etching) 与拋光 (polishing) 等程序，得出表面粗糙度在0.3微米以下拋光面之晶圆。(至于晶圆厚度，与其外径有关) 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)。
《芯片制造-半导体工艺制程实用教程》学习笔记
《芯片制造－半导体工艺制程实用教程》 学习笔记 整理：Anndi 来源：电子胶水学习指南（https://www.360docs.net/doc/c818424576.html,） 本人主要从事IC封装化学材料（电子胶水）工作，为更好的理解IC封装产业的动态和技术，自学了《芯片制造－半导体工艺制程实用教程》，貌似一本不错的教材，在此总结出一些个人的学习笔记和大家分享。此笔记原发在本人的“电子胶水学习指南”博客中，有兴趣的朋友可以前去查看一起探讨之！ 前言及序言（点击链接查看之）-----------------------------------1第1章半导体工业-----------------------------------------2—3第2章半导体材料和工艺化学品---------------------------4—5第3章晶圆制备-----------------------------------------------6第4章芯片制造概述---------------------------------------7—8第5章污染控制-------------------------------------------9—10第6章工艺良品率----------------------------------------11—12第7章氧化-----------------------------------------------13—14第8章基本光刻工艺流程—从表面准备到曝光------------15—17第9章基本光刻工艺流程—从曝光到最终检验------------18—20第10章高级光刻工艺-------------------------------------21—23第11章掺杂----------------------------------------------24—26第12章淀积----------------------------------------------27—29第13章金属淀积-----------------------------------------30—31第14章工艺和器件评估----------------------------------32—33第15章晶圆加工中的商务因素---------------------------34—35第16章半导体器件和集成电路的形成-------------------------36第17章集成电路的类型----------------------------------37—38第18章封装----------------------------------------------39—41 个人感慨----------------------------------------------------------41
2019年Leadframe知识简介
Leadframe知识简介 框架材料（Leadframe） 框架的构成：框架是模塑封装的骨架，它主要由两部分组成：芯片焊盘（die paddle）和引脚（lead finger）。其中芯片焊盘在封装过程中为芯片提供机械支撑，而引脚则是连接芯片到封装外的电学通路，就引脚而言，每一个引脚末端都与芯片上的一个焊盘通过引线相连接，该端称为内引脚（inner finger），引脚的另一端就是所谓管脚，它提供与基板或PC板的机械和电学连接。 框架的功能是显而易见的，首先它起到了封装器件的支撑作用，同时防止模塑料在引线间突然涌出，为塑料提供支撑；其次它使芯片连接到基板，提供了芯片到线路板的电及热通道。由它的这些功能出发，我们在选择引线框架材料所要考虑如下因素：制造难易、框架性能要求，自然，成本也是非常重要的。 框架材料：框架通常都是由合金材料制成的，加工方法一般为冲压法（stamping punch）和蚀刻法（etching）。化学蚀刻法主要采用光刻及金属溶解的化学试剂从金属条带上蚀刻出图形。大体可分为以下步骤： （1）冲压定位孔 （2）双面涂光刻胶 （3）UV通过掩膜板曝光、显影、固化 （4）通过化学试剂腐蚀暴露金属（通常使用三氯化铁等试剂） （5）祛除光刻胶 蚀刻法的特点是设备成本低，但是框架成本较高，生产周期短。机械冲制法一般使用跳步工具，靠机械力作用进行冲切。这种方法所使用的模具昂贵，但框架生产成本低。对于微细间距封装所采用的框架，通常都是采用蚀刻方法加工的，因为机械冲压加工的精度是无法满足高密度封装要求的。 除了选择合适的加工方法，由于框架的几何形状和成分会强烈影响到封装模块的可加工性、质量及性能，所以也应当得到重视。选择框架材料要考虑到材料是否能满足加工、封装装配、PCB板装配及器件的性能要求。 通常的框架材料是铜合金材料和铁镍合金（也称合金42，一般情况下镍的含量为42%，铁的含量为58%）。除此之外现今各种各样的复合材料层出不穷，但是应用的范围还比较狭窄，一个是由于技术上还不够完善，再一点就是价格因
半导体制程简史
半导体制程简史 当线宽远高于10 微米时，纯净度还不像今天的器件生产中那样至关 紧要。旦随着器件变得越来越集成，超净间也变得越来越干净。今天，工厂 内是加压过滤空气，来去除哪怕那些可能留在芯片上并形成缺陷的最小的粒子。 半导体制造车间里的工人被要求着超净服来保护器件不被人类污染。 在利润增长的推动下，在1960 年代半导体器件生产遍及得克萨斯州和 加州乃至全世界，比如爱尔兰、以色列、日本、台湾、韩国、新加坡和中国， 且在今天已是一个全球商业。 半导体生产商的领袖大都在全世界拥有生产车间。英特尔，世界最大的 生产商，以及在美其他顶级生产商包括三星(韩国)、德州仪器(美国)、AMD(超 微半导体)(美国)、东芝(日本)、NEC 电子(日本)、意法半导体(欧洲)、英飞凌 (欧洲)、瑞萨(日本)、台积电(台湾，参见TSMC 网站)、索尼(日本)，以及恩智 浦半导体(欧洲)在欧洲和亚洲都有自己的设备。 在2006 年，在美国有大约5000 家半导体和电子零件生产商，营业额达1650 亿美元(摘自Barnes 报告《2006 美国工业和市场展望》)。 以下为各半导体工艺节点出现时间和主要代表产品 ITRS : International Technology Roadmap for Semiconductors(国际半导体技术蓝图) ITRS 是由欧洲、日本、韩国、台湾、美国五个主要的芯片制造地区发起 的。发起组织分别是European Semiconductor IndustryAssociation(ESIA，欧洲半导体工业协会)，the Japan Electronics and InformationTechnology Industries
半导体工艺制程之挥发性有机废气净化技术_图文(精)
鄭石治，朱小蓉 / 華懋科技股份有限公司 蔡尤溪 / 台北科技大學冷凍空調工程系(台灣台北 有機溶劑被廣泛的應用於各工業製程中，隨著使用製程條件的不同，形成濃度不一的揮發性有機氣體(Volatile Organic Compounds，簡稱VOCs，隨著製程排氣排放於大氣中，造成自然生態環境的破壞及對人體的危害，世界各先進國家為防止生態環境的繼續惡化及保護人體的健康，先後對VOCs的排放定了排放標準，並且互相約定，逐年遞減降低其排放量，而達成總量管制的目標。 目前市面上提供之揮發性有氣體處理設備種類極多，但一般而言，其處理方法，均不出洗滌法、冷凝法、吸附法、焚化法、生物處理法…等(見表一所示。且由於處理廢氣多為混合之複雜氣體，為達經濟效益，常綜合兩種以上處理方法共同使用者。由於每種處理方法均有其適用的範圍及優、缺點，在設置前最好能先瞭解待處理廢氣之組成濃度、排放週期，欲達到的處理效益及可設置之地點、空間大小，再行選擇適當處理系統。 [表一：市面上常見的處理設備] 半導體工業製程廢氣處理規劃 一般而言，半導體及其相關產業之製程廢氣，大都具有大風量(風量＞10,000CMH 以上及低濃度(濃度＜500ppm as CH4的特性，但其中幾個製程所排放之廢氣濃度特別高，例如去光阻製程中，有些操作通常在60℃以上，不但造成排放的廢氣濃度特別高，去光阻劑中某些高沸點的化學品，例如二甲基亞砜(Dimethyl sulfoxide，單乙醇胺(Monoethynol amine；PGMEA等，均隨之溢散出，極易造成後續處理系統中的吸附劑快速失去活性。因此，在規劃廢氣處理系統時，最好能先釐清那些製程單元必需先以現場單點處理設備(point of use，簡稱POU處理者，採分流處理後，再併入主廢氣風管。由於廢氣的風量相當大，濃度又不高，直接以焚化的方法操作成本相當高。而廢氣的組成中又含有沸點高、低差異大的化學品，例如，IPA、Acetone、MEA、HMDS、DMSO、PGM…等 (見表二，造成處理的難度增加。IPA及Acetone的沸點極低，採洗滌法時，溶於水中之溶劑反而有被氣提出來的可能，並不適用。而HMDS亦有分解為二氧化矽而將吸附劑孔洞阻塞的可能。此外，其中某些化學品的閃點極低，操作的安全性亦是不可忽略的因素。因此，較為經濟有效的方法是先將廢氣的風量下降，及濃度提升以降低處理成本，再就濃縮後的廢氣選擇適當的處理方法，表三所示為可能的組合方式及特性分析。其它之組合方式例如以固定床、纖維碳床等為濃縮裝置均因工安問題 (因處理溶劑大都為含有氧的化合物，例如：IPA、Acetone…等，易造成碳床著火的困擾，或因再生需求頻繁，又無法線上再生，不但作業上不便，且不易符合目前環保法規的規定而較不適用。
半导体制程基本简介说明
(基本觀念) IC製程說明介紹 半導體的產品很多，應用的場合非常廣泛，圖一是常見的幾種半導體元件外型。半導體元件一般是以接腳形式或外型來劃分類別，圖一中不同類別的英文縮寫名稱原文為 PDID：Plastic Dual Inline Package SOP：Small Outline Package SOJ：Small Outline J-Lead Package PLCC：Plastic Leaded Chip Carrier QFP：Quad Flat Package PGA：Pin Grid Array BGA：Ball Grid Array (圖一) 不同外形半導體元件(圖二)EPROM內部晶片 (圖三)EPROM晶片接腳放大圖(圖四)LED 燈
(圖五)LED內部晶片放大圖(圖六)LED通電時因晶片發亮而發光 雖然半導體元件的外型種類很多，在電路板上常用的組裝方式有二種: 一種是插入電路板的銲孔或腳座，如PDIP、PGA 一種是貼附在電路板表面的銲墊上，如SOP、SOJ、PLCC、QFP、BGA 從半導體元件的外觀，只看到從包覆的膠體或陶瓷中伸出的接腳，而半導體元件真正的的核心，是包覆在膠體或陶瓷內一片非常小的晶片，透過伸出的接腳與外部做資訊傳輸。圖二是一片EPROM元件，從上方的玻璃窗可看到內部的晶片，圖三是以顯微鏡將內部的晶片放大，可以看到晶片以多條銲線連接四周的接腳，這些接腳向外延伸並穿出膠體，成為晶片與外界通訊的道路。請注意圖三中有一條銲線從中斷裂，那是使用不當引發過電流而燒毀，致使晶片失去功能，這也是一般晶片遭到損毀而失效的原因之一。 圖四是常見的LED，也就是發光二極體，其內部也是一顆晶片，圖五是以顯微鏡正視LED的頂端，可從透明的膠體中隱約的看到一片方型的晶片及一條金色的銲線，若以LED二支接腳的極性來做分別，晶片是貼附在負極的腳上，經由銲線連接正極的腳。當LED通過正向電流時，晶片會發光而使LED發亮，如圖六所示。 半導體元件的製作分成兩段的製造程序: 前一段是先製造元件的核心─晶片，稱為晶圓製造 後一段是將晶中片加以封裝成最後產品，稱為IC封裝製程，又可細分成晶圓切割、黏晶、銲線、封膠、印字、剪切成型等加工步驟，在本章節中將簡介這兩段 的製造程序。
(工艺流程)最简易的半导体制造工艺流程
半导体制造工艺流程 N型硅：掺入V族元素--磷P、砷As、锑Sb P型硅：掺入III族元素—镓Ga、硼B PN结： 半导体元件制造过程可分为 前段（FrontEnd）制程 晶圆处理制程（WaferFabrication；简称WaferFab）、 晶圆针测制程（WaferProbe）； 後段（BackEnd） 构装（Packaging）、 测试制程（InitialTestandFinalTest） 一、晶圆处理制程 晶圆处理制程之主要工作为在矽晶圆上制作电路与电子元件（如电晶体、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（Particle）均需控制的无尘室（Clean-Room），虽然详细的处理程序是随著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）之後，接著进行氧化（Oxidation）及沈积，最後进行微影、蚀刻及离子植入等反覆步骤，以完成晶圆上电路的加工与制作。 二、晶圆针测制程 经过WaferFab之制程後，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晶片，但是也有可能在同一片晶圆上制作不同规格的产品；这些晶圆必须通过晶片允收测试，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（InkDot），此程序即称之为晶圆针测制程（WaferProbe）。然後晶圆将依晶粒为单位分割成一粒粒独立的晶粒 三、IC构装制程 IC構裝製程（Packaging）：利用塑膠或陶瓷包裝晶粒與配線以成積體電路目的：是為了製造出所生產的電路的保護層，避免電路受到機械性刮傷或是高溫破壞。 半导体制造工艺分类 半导体制造工艺分类 一双极型IC的基本制造工艺： A在元器件间要做电隔离区（PN结隔离、全介质隔离及PN结介质混合隔离）ECL（不掺金）（非饱和型）、TTL/DTL（饱和型）、STTL（饱和型）B在元器件间自然隔离 I2L（饱和型） 半导体制造工艺分类 二MOSIC的基本制造工艺： 根据栅工艺分类 A铝栅工艺 B硅栅工艺
IC封装制程简介
半导体的产品很多应用的场合非常广泛图一是常见的几种半导体组件外型半导体组件一般是以接脚形式或外型来划分类别图一中不同类别的英文缩写名称原文为 PDID Plastic Dual Inline Package SOP Small Outline Package SOJ Small Outline J-Lead Package PLCC Plastic Leaded Chip Carrier QFP Quad Flat Package PGA Pin Grid Array BGA Ball Grid Array 虽然半导体组件的外型种类很多在电路板上常用的组装方式有二种一种是插入电路板的焊孔或脚座如PDIP PGA另一种是贴附在电路板表面的焊垫上如SOP SOJ PLCC QFP BGA 从半导体组件的外观只看到从包覆的胶体或陶瓷中伸出的接脚而半导体组件真正的的核心是包覆在胶体或陶瓷内一片非常小的芯片透过伸出的接脚与外部做信息传输图二是一片EPROM组件从上方的玻璃窗可看到内部的芯片图三是以显微镜将内部的芯片放大可以看到芯片以多条焊线连接四周的接脚这些接脚向外延伸并穿出胶体成为芯片与外界通讯的道路请注意图三中有一条焊线从中断裂那是使用不当引发过电流而烧毁致使芯片失去功能这也是一般芯片遭到损毁而失效的原因之一 图四是常见的LED也就是发光二极管其内部也是一颗芯片图五是以显微镜正视LED的顶端可从透明的胶体中隐约的看到一片方型的芯片及一条金色的焊线若以LED二支接脚的极性来做分别芯片是贴附在负极的脚上经由焊线连接正极的脚当LED通过正向电流时芯片会发光而使LED发亮如图六所示 半导体组件的制作分成两段的制造程序前一段是先制造组件的核心─芯片称为晶圆制造后一段是将晶中片加以封装成最后产品称为IC封装制程又可细分成晶圆切割黏晶焊线封胶印字剪切成型等加工步骤在本章节中将简介这两段的制造程序
半导体的生产工艺流程(精)
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- based micromachining,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(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。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 (silicon wafer 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 (impurity dopant 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。 辅拉出的晶棒,外缘像椰子树干般,外径不甚一致,需予以机械加工修边,然后以X 光绕射法,定出主切面 (primary flat 的所在,磨出该平面;再以内刃环锯,削下一片片的硅晶圆。最后经过粗磨 (lapping、化学蚀平 (chemical etching 与拋光 (polishing 等程序,得出具表面粗糙度在0.3微米以下拋光面之晶圆。(至于晶圆厚度,与其外径有