所謂的半導(dǎo)體,是指在某些情況下,能夠?qū)娏鳎谀承l件下,又具有絕緣體效用的物質(zhì);而至于所謂的IC,則是指在一半導(dǎo)體基板上,利用氧化、蝕刻、擴(kuò)散等方法,將眾多電子電路組成各式二極管、晶體管等電子組件,作在一微小面積上,以完成某一特定邏輯功能(例如:AND、OR、NAND等),進(jìn)而達(dá)成預(yù)先設(shè)定好的電路功能。自1947年12月23日*個(gè)晶體管在美國(guó)的貝爾實(shí)驗(yàn)室(Bell Lab)被發(fā)明出來,結(jié)束了真空管的時(shí)代,到1958年TI開發(fā)出*顆IC成功,又意謂宣告晶體管的時(shí)代結(jié)束,IC的時(shí)代正式開始。從此開始各式IC不斷被開發(fā)出來,集積度也不斷提升。從小型集成電路(SSI),每顆IC包含10顆晶體管的時(shí)代;一路發(fā)展MSI、LSI、VLSI、ULSI;再到今天,短短50年時(shí)間,包含千萬個(gè)以上晶體管的集成電路已經(jīng)被大量生產(chǎn),并應(yīng)用到我們的生活的各領(lǐng)域中來,為我們的生活帶來飛速的發(fā)展。不能想象離開半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)我們的生活將會(huì)怎樣,半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r已成為一個(gè)國(guó)家的技術(shù)狀況的重要指針,電子技術(shù)也成為一個(gè)國(guó)家提高國(guó)防能力的重要途徑。 半導(dǎo)產(chǎn)品類別 目前的半導(dǎo)體產(chǎn)品可分為集成電路、分離式組件、光電半導(dǎo)體等三種。 集成電路(IC),是將一電路設(shè)計(jì),包括線路及電子組件,做在一片硅芯片上,使其具有處理信息的功能,有體積小、處理信息功能強(qiáng)的特性。依功能可將IC分為四類產(chǎn)品:內(nèi)存IC、微組件、邏輯IC、模擬IC。 分離式半導(dǎo)體組件,指一般電路設(shè)計(jì)中與半導(dǎo)體有關(guān)的組件。常見的分離式半導(dǎo)體組件有晶體管、二極管、閘流體等。 光電式半導(dǎo)體,指利用半導(dǎo)體中電子與光子的轉(zhuǎn)換效應(yīng)所設(shè)計(jì)出之材料與組件。主要產(chǎn)品包括發(fā)光組件、受光組件、復(fù)合組件和光伏特組件等。 IC產(chǎn)品介紹 IC產(chǎn)品可分為四個(gè)種類,這些產(chǎn)品可細(xì)分為許多子產(chǎn)品,分述如下: 內(nèi)存IC:顧名思義,內(nèi)存IC是用來儲(chǔ)存資料的組件,通常用在計(jì)算機(jī)、電視游樂器、電子詞典上。依照其資料的持久性(電源關(guān)閉后資料是否消失)可再分為揮發(fā)性、非揮發(fā)性內(nèi)存;揮發(fā)性內(nèi)存包括DRAM、SRAM,非揮發(fā)性內(nèi)存則大致分為Mask ROM、EPROM、EEPROM、Flash Memory四種。 微組件IC:指有特殊的資料運(yùn)算處理功能的組件;有三種主要產(chǎn)品:微處理器指微電子計(jì)算器中的操作數(shù)件,如計(jì)算機(jī)的CPU;微控制器是計(jì)算機(jī)中主機(jī)與接口中的控制系統(tǒng),如聲卡、影視卡...等的控制組件;數(shù)字訊號(hào)處理IC可將模擬訊號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字訊號(hào),通常用于語音及通訊系統(tǒng)。 模擬IC:低復(fù)雜性、應(yīng)用面積大、整合性低、流通性高是此類產(chǎn)品的特色,通常用來作為語言及音樂IC、電源管理與處理的組件。 邏輯IC:為了特殊信息處理功能(不同于其它IC用在某些固定的范疇)而設(shè)計(jì)的IC,目前較常用在電子相機(jī)、3D Game、 IC產(chǎn)業(yè) IC的制造可由上游至下游分為三種工業(yè),一是與IC的制造有直接關(guān)系的工業(yè)、包括晶圓制造業(yè)、IC制造業(yè)、IC封裝業(yè);二是輔助IC制造的工業(yè),包括IC設(shè)計(jì)、光罩制造、IC測(cè)試、化學(xué)品、導(dǎo)線架工業(yè);三是提供IC制造支持的產(chǎn)業(yè),如設(shè)備、儀器、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具工業(yè)...等。 IC(集成電路)制作過程簡(jiǎn)介 集成電路的生產(chǎn)過程極其復(fù)雜,習(xí)慣上將其分為前置作業(yè),電路的制作,晶圓及晶粒測(cè)試和后段的封裝測(cè)試等。因?yàn)镮C是由很多的電路集合而成的,而這些電路組件和線路是以晶圓為基礎(chǔ)并以層狀分布的,制造過程也是一層層的建造出來的,類似于建樓房的過程。 其中前置作業(yè)類似于樓房的設(shè)計(jì)和建造地基,包括電路的設(shè)計(jì)、光罩設(shè)計(jì)和晶圓的制作,電路設(shè)計(jì)即是根據(jù)使用的要求設(shè)計(jì)出各層的線路和架夠,光罩設(shè)計(jì)則類似于照像底片,依靠其將設(shè)計(jì)好的電路印到芯片上,而制作硅晶圓就是將硅晶體通過加熱熔化,再用一定的方法拉成晶棒,并切片、研磨成符合要求的芯片的過程。 電路制作是在硅片的基礎(chǔ)上制成一層層的電路的過程,因?yàn)榫€路極其細(xì)微,其制造過程也就有很高的難度,生產(chǎn)上是使用類似照相技術(shù)的報(bào)光,顯影,蝕刻,沖洗的方法來實(shí)現(xiàn)的(下面將做詳細(xì)的介紹)。晶圓及晶粒測(cè)試是對(duì)各制造流程的結(jié)果的測(cè)試,目的是對(duì)各流程有很好的控制,并能及時(shí)的發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中的不良產(chǎn)品,盡早進(jìn)行修部或剔除,以減少不良成本,經(jīng)過各道測(cè)試并zui終生產(chǎn)出來的芯片才能進(jìn)入到下一道封裝測(cè)試的過程。封裝和測(cè)試是將功能測(cè)試良好的晶粒切割開,并封裝,拉出聯(lián)線再進(jìn)行全面測(cè)試的過程,要經(jīng)過芯片切割,粘晶,焊線,封料,切割/成形,印字,電鍍,及檢驗(yàn)等過程。直到這里,一個(gè)合格的集成電路才算制造完成。 IC制造業(yè)特性 IC制造業(yè)中,有幾個(gè)不同于其它制造業(yè)的特性,分列如下: 機(jī)器的折舊占成本大部分:制造IC所用的機(jī)器設(shè)備價(jià)格高,而且汰舊快,通常采二至四年加速折舊(此為實(shí)際作法;大多數(shù)股市上市說明書則宣稱四至八年平均折舊),因此機(jī)器折舊的費(fèi)用很高;一般說來,機(jī)器的折舊占制造成本的20%以上。 良率影響產(chǎn)品單位成本:晶圓上可劃分為許多方塊,而一個(gè)IC的線路就都做在這個(gè)方塊上,再送至封裝廠中切割包裝,就可將這些方塊制成一片片的IC;而包裝好經(jīng)測(cè)試可使用的IC占晶圓割下IC總數(shù)的比率稱為良率。 IC的制造過程非常精密,只要在其中一步驟稍有不慎,就會(huì)使IC毀損,而成為不能使用的產(chǎn)品,不像其它制造業(yè)的產(chǎn)品,有制造過程的錯(cuò)誤,大多只會(huì)成為品質(zhì)不良的產(chǎn)品,非不能使用的產(chǎn)品;因此IC制造業(yè)的良率要較傳統(tǒng)的工業(yè)制造良率來的低,而且變異大,不論是在品質(zhì)管制及成本控制上都是一大問題;通常IC的制造中,影響良率的原因有兩種: (a)晶圓的大小:在晶圓上做IC,通常邊緣的部分都因晶圓的圓弧而無法做出完整的方塊;晶圓的直徑愈大,則其圓弧的曲度愈小,邊緣要舍棄的面積占晶圓的比率也就愈小,良率就愈高;因此IC廠都在努力提升自己的制程能在更大的晶圓上做出產(chǎn)品。 (b)線上的管制:集成電路制造是極精密的工業(yè),且制造環(huán)境特殊(無塵室);在制造過程中所犯的一個(gè)小過失,影響良率的程度就很大,通常可達(dá)20%以上,因此線上的管制在集成電路制造中是很重要的。 制程復(fù)雜影響機(jī)器使用率:IC制造廠中,由于制程重復(fù)且步驟多,若制造排程不良,容易造成某些工作站忙線、有些站閑置,而使得機(jī)器設(shè)備無法充分利用;機(jī)器設(shè)備的折舊又是占了IC制造成本中的大部分,若機(jī)器使用率不高,那幺便會(huì)耗費(fèi)大量的折舊成本;充分的利用機(jī)器,是IC制造廠管理中重要的一環(huán)。 晶圓代工 因?yàn)镮C的生產(chǎn)過程復(fù)雜,從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的生產(chǎn)線長(zhǎng),而且生產(chǎn)過程的主要成本是機(jī)臺(tái)的成本,固定成本高,且產(chǎn)品多樣化,批量小,更新速度快,因此很少有廠家能從前到后的整條線生產(chǎn)自己的產(chǎn)品,而很多廠商都只是加工整個(gè)制程中的一段,再形成供應(yīng)鏈?zhǔn)降慕M合,聯(lián)合制造產(chǎn)品,以實(shí)現(xiàn)規(guī)模效應(yīng)。晶圓代工就是基于此而產(chǎn)生的,這種企業(yè)只負(fù)責(zé)生產(chǎn)不進(jìn)行設(shè)計(jì),因此也可以說晶圓代工廠并沒有自己的產(chǎn)品,傳統(tǒng)上講只是指wafer(晶圓)的制作過程,即是在wafer 上做出一層層的電路而現(xiàn)在逐漸延伸出廣義的晶圓代工,其除了原來晶圓制造的功能外,還包括了上游的光罩制作和下游的切割、封裝、測(cè)試等過程,因此一個(gè)IC設(shè)計(jì)企業(yè)只要將自己的設(shè)計(jì)交給晶圓代工廠,便可以得到符合自己要求的IC成品, 模塊制程 wafer生產(chǎn)的基本原理 集成電路盡管種類不同,其制程相似;差別在不同的光罩會(huì)有不同的電路圖樣;CVD、離子植入時(shí)投入的材料不同,會(huì)產(chǎn)生不同的組件,而使制造出來的IC有所差異。IC制程中,制造作業(yè)種類通常只有十多種,但由于不斷重復(fù)這些作業(yè),使得一片IC從晶圓投入到可以切割包裝,要經(jīng)過百次以上的制造步驟。 一個(gè)IC產(chǎn)品制作電路后的結(jié)構(gòu),是以芯片為基礎(chǔ)逐層的建造起來的,上面已經(jīng)提到,每一層的生產(chǎn)都是使用類似照相技術(shù)的報(bào)光,顯影,蝕刻,沖洗的方法來實(shí)現(xiàn)的,因此生產(chǎn)過程中,每一層的制造都是幾個(gè)類似的過程,而整個(gè)晶圓的制造就是這幾個(gè)過程的重復(fù)循環(huán),每個(gè)過程的生產(chǎn)都在特定的區(qū)域來完成,這些區(qū)域有:薄膜(thin-film),黃光( photo),蝕刻(etch),擴(kuò)散(diffusion). 薄膜(thin-film) 薄膜區(qū)間是塵積介電質(zhì)或金屬層的地方,介電質(zhì)是用于隔離開各層金屬的多為玻璃層,而金屬層是集成電路中的導(dǎo)線,多采用鋁或銅或鋁銅合金,因此介電質(zhì)和金屬沉積也是集成電路的制程中的重要制程。薄膜技術(shù)有物理氣象沉積(包括蒸鍍既借著對(duì)被蒸鍍物體加熱,利用被蒸鍍物在高溫時(shí)所具備的飽和蒸氣壓,來進(jìn)行薄膜的沉積.和濺鍍既利用電漿所產(chǎn)生的離子,借著離子對(duì)被濺鍍物體電極的轟擊,使電漿的氣相內(nèi)具有被鍍物的粒子,來產(chǎn)生沈積薄膜的.)和化學(xué)氣象沈積既利用化學(xué)反應(yīng)的方式,在反應(yīng)器內(nèi)將反應(yīng)物( 通常為氣體)生成固態(tài)的生成物,并沉積在芯片表面的一種薄膜沉積技術(shù)。 黃光(Photo) 微影技術(shù)是制造集成電路的重要之一,通過暴光和顯影的程序它可以將光罩上設(shè)計(jì)的圖案轉(zhuǎn)移到晶圓表面的光阻上,其主要過程包括光阻涂抹,烘拷,對(duì)準(zhǔn),暴光及顯影等程序,由于光學(xué)上的需要,此段制程之照明采用偏黃的可見光,因此習(xí)慣上將此區(qū)稱為黃光區(qū)。在黃光區(qū)內(nèi),利用整合型的晶圓軌道機(jī)——步進(jìn)機(jī)系統(tǒng)來完成這個(gè)過程,其利用紫外光線或深紫外光線來照射光阻,以引起化學(xué)反應(yīng),將設(shè)計(jì)的光罩上的圖形印到晶圓或光阻上,這也是集成電路廠中zui昂貴的工具,每臺(tái)的價(jià)格都可達(dá)到數(shù)百萬美元,因此也常成為生產(chǎn)中的瓶頸。 蝕刻(Etch) Etch作為IC制程中的主要環(huán)節(jié)之一,其目的是化學(xué)物質(zhì)的反應(yīng)來去除wafer表面多余的物質(zhì),根據(jù)各stedp的目的不同有多種具體方式,但從其基本的原來可將其分為兩種,既Wet Etching(濕蝕刻)和Dry Etching(干蝕刻),Wet Etching 是用將wafer放入化學(xué)溶液中,通過化學(xué)反應(yīng)將要蝕刻掉的物質(zhì)腐蝕掉,而干蝕刻是將化學(xué)氣體吹到weafer 表面上,與其發(fā)生反應(yīng),以實(shí)現(xiàn)蝕刻的目的。兩者相比,后者的過程中的關(guān)鍵參數(shù)容易控制,用物理或化學(xué)的方法均可實(shí)現(xiàn),且對(duì)圖形的控制能力較強(qiáng),而前者只能通過化學(xué)的方法實(shí)現(xiàn),且對(duì)關(guān)鍵參數(shù)的控制能力較差,尤其是當(dāng)線寬越來越細(xì)時(shí),濕蝕刻將無法使用,但對(duì)于不同的蝕刻對(duì)象和環(huán)境,兩者各有各自適合的范圍,兩種方法要根據(jù)工藝的要求不同來選擇。 在濕蝕刻的過程中還有一個(gè)重要的技術(shù)過程是wafer drying ,因?yàn)闈竦膚afer是無法進(jìn)入到下一道工序的,必須通過一些方法使其干燥,常用的方法有:Down-Flow Spin Dryer 既是利用高速旋轉(zhuǎn)的方法,靠離心力的作用干燥;和IPA Vapor Dryer ,Marangoni Dryer 等,其中Down-Flow Spin Dryer因?yàn)榱Φ淖饔茫仔纬蓋ater mark,且增加wafer 的應(yīng)力,轉(zhuǎn)動(dòng)過程中還會(huì)形成摩擦,而IPA Vapor Dryer 和Marangoni Dryer可防止water mark但時(shí)間較長(zhǎng),且化學(xué)用量多。 擴(kuò)散( Diffusion) 擴(kuò)散區(qū)間是進(jìn)行加熱制程的區(qū)域,這些制程可能是用來添加制程或者是用來加熱制程,如在晶圓表面生成氧化層,擴(kuò)散摻雜等是添加制程,而離子植入后用于恢復(fù)晶體結(jié)構(gòu)的熱處理是加熱制程。高溫爐是這區(qū)域的批量制程工具,它能夠同時(shí)處理150片的wafer,可以將這些預(yù)置在硅芯片表面上的摻質(zhì),藉高溫?cái)U(kuò)散的原理,把他們趨進(jìn)芯片表面的材質(zhì)內(nèi)。 |
微信掃一掃