半导体材料应用技术及发展前景.ppt

,*,原题目：半导体材料应用技术及发展前景,半导体材料对集成电路圆片成品率的影响,报告内容,一、半导体材料应用技术,二、集成电路圆片成品率的重要性,三、影响成品率的因素,四、总结,芯片,设计,芯片制 造,测试,封装,(一)半导体材料在集成电路产业链中的应用,硅片,掩模,光刻胶及附属品,化学试剂,气体,溅射靶,CMP磨料,引线框架,塑料成形衬底,键合丝,可弯曲衬底,陶瓷封装,模塑树脂,管芯键合材料,在半导体材料市场中，管芯制造材料通常占总额的60以上，其中大部分来自硅片。,如果将硅片及掩模这两大类加在一起，又要占到管芯制造材料的60。,管芯制造材料,封装材料,一、半导体材料应用技术,氮化,硅,/,氧化膜,氧化膜,多晶硅沉积,硅化钨沉积,TEOS,沉积,硼磷氧化膜,金属,膜,保护层沉淀,匀光刻胶,曝 光,显,影,化学蚀刻,等离子,蚀,刻,离,子,注,入,光刻版,硅片投入,激光刻,号,硅片清洗,去,胶,热处理,/,电性能测试,晶背研磨,硅片,测,試,成品,产,出,成品测试,硅片,封装,WAT,CP Sort,(二)管芯制造材料集成电路芯片制造中的应用,芯片与集成电路,P+Substrate,N+Buried Layer,N+Buried Layer,N-Well,N-Well,P-Well,Poly,Poly,N+,N+,N+,N-,N-,P+,P+,P+,M-1,Al,Al,M-1,M-1,Al,Al,Al,Al,E,B,C,NMOS,PMOS,Bipolar Transistor,N+,P,S,G,D,S,G,D,Field Oxide,Field Oxide,Gate Oxide,Gate Oxide,M-2,M-2,M-2,M-3,M-3,M-3,Passivation,W,W,集成电路剖面结构示意图,（二）工艺技术需求,1、,单项工艺：,工艺复杂，技术含量高，为保证产品的成品率，必须每道工序精确控制；,2、,工艺流程长,：从投片到产出经过几百道工序，经历几个月的时间，只要有一道工序有问题，则前功尽弃，除光刻工序外，其它几乎无返工的机会，可见，成品率就显得尤为重要。,（三）成本需求,1、,投资大,：设备基本是进口；,2、,运行成本高,：动力运行成本，保证车间恒温恒湿和高洁净度的维护成本；,3、,材料成本,：尤其是硅片成本。,从以上客户、工艺技术和成本需求分析可以看出，提高集成电路圆片成品率的意义特别重大，是集成电路制造企业最重要的质量指标。,成品率除了与工艺技术和生产控制有关外，制造过程中使用的,各种材料的质量情况对成品率的提升有重要影响,。,（一）硅片的内在质量,类别,技术指标类型,影响因素,晶体结构,(1)晶向,利用晶体结构和器件特性，不同工艺采用不同的晶向,(2)晶向偏差,影响器件特性,(3)位错,影响芯片的漏电、耐压等可靠性指标,(4)层错,化学成分,(1)掺杂（P/N）,不同工艺采用不同掺杂类型,(2)电阻率,掺杂浓度决定，但是均匀性特别重要,(3)氧含量,在制造过程中易引起晶体缺陷，从而影响器件的电流、电压等特性，芯片的可靠性降低,(4)碳含量,三、影响成品率的因素,（二）线条的影响,1、光刻线条的影响因素：,（1）光刻胶：,分辨率,：,图形的分辨能力,DOF特性,：,光刻机焦距的容忍度,水份,：产生表面缺陷，如：气泡,固体含量,：显影效果,粘度,：胶厚度及均匀性,（2）显影液：,成分的稳定,正常,线条轮廓,不理想,曝光不充分,Pellicles,Lens,Lens,Reticle,UV Light,光刻曝光技术,（3）硅片,平整度,/,局部平整度,/,弯曲度,/,翘曲度,：影响曝光均匀性,（4）光刻板：线条精度,2、蚀刻线条的影响,（1）湿法蚀刻,化学品的,纯度,配比的,精度,：如 BOE/PAE/PAD,表面,张力,（2）干法蚀刻,气体的,纯度,气体成分的,稳定性,湿法蚀刻示意图,（三）颗粒的影响,颗粒来源：,（）,硅片,（）,化学品,（）,气体,（）,洁净材料,：如：无尘衣、口罩、手套等,（）,用具,：如：片舟、片盒、导片机、夹具等,（）,车间环境,：高效过滤器,（）,人为,因素：如：车间外带入、人员的走动、操作动作等,颗粒影响示意图,酸液或等离子如何进入？,匀胶前产生的颗粒,显影后产生的颗粒,薄膜生长前或生长过程中产生的颗粒,（四）金属离子,P型半导体,：在本征半导体中掺入少量的三价元素杂质，多数载流子是空穴，少数载流子是电子,N型半导体,：在本征半导体中掺入少量的五价元素杂质，多数载流子是电子，少数载流子是空穴,金属,：自由电子,所以，金属在集成电路芯片制造中有,非常严重的危害性,，尤其严重的是Na+.,主要来源：所有材料都有可能,P型半导体,N型半导体,PN结反向电压,（五）静电的影响,半导体制造中静电的危害可分为两类：,、由静电引力引起的浮游,尘埃的吸附,（尘埃颗粒危害性前面已述）,、由静电放电引起的,介质击穿,集成电路芯片的集成度越来越高，导线间距越来越小，绝缘膜越来越薄，致使耐击穿电压也愈来愈低。,在生产流程中，生产过程、硅片运输、储存和转运等过程中所产生的静电电压却远远超过其击穿电压阈值，这就可能造成器件的击穿或失效，降低电路的可靠性和圆片成品率。,静电的来源：,摩擦,主要产生于：,（）人员的动作：鞋与地板、衣服间的摩擦、操作动作产生的摩擦等；,（）硅片与夹具、硅片与片舟、片舟与片盒，器具与工作台、设备手臂移动硅片等。,车间的,摩擦无所不在，无时不有，如果产生的静电积累于硅片，对产品有致命的影响。,所以，车间使用的材料和器具必须,可以防静电,产生或者可以,有效释放静电,。,四、结论,（一）集成电路芯片制造具有投资大、技术复杂、工艺流程长等特点，从客户、工艺技术和成本的角度分析，提高产品的成品率尤其重要。,（二）产品的可靠性和圆片成品率受硅片的缺陷、化学品材料的物理化学特性、特气的纯度、颗粒、金属离子、静电等方面因素的影响。,（三）材料的供应必要在以下几方面质量保证：,、,硅片,的物理尺寸、晶体结构、成分组成、电子特性等；,、所有材料除了保证物理化学特性外，保证,金属离子,含量和,颗粒度,足够少；,、所有辅助用品和生产用具必须,可以防静电,产生和可以,有效释放静电,；,4,、稳定的质量是材料供应的关键。,谢 谢!,