半导体材料应用技术及发展前景

Company Confidential 1 诚信 忍耐 探索 热情 Faith Endurance Exploration Enthusiasm HANGZHOU SILAN INTEGRATED CIRCUIT CO., LTD Do Not Copy 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 闻永祥 2007年 5月 18日 Hangzhou Silan Integrated Circuit Co., Ltd。 308, No.10 Road, East HETZ, Hangzhou, Zhejiang, China 310018 杭州士兰集成电路有限公司 杭州经济技术开发东区 10号路 308号 Company Confidential 2 诚信 忍耐 探索 热情 Faith Endurance Exploration Enthusiasm HANGZHOU SILAN INTEGRATED CIRCUIT CO., LTD Do Not Copy 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 Company Confidential 3 诚信 忍耐 探索 热情 Faith Endurance Exploration Enthusiasm HANGZHOU SILAN INTEGRATED CIRCUIT CO., LTD Do Not Copy 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 Company Confidential 4 诚信 忍耐 探索 热情 Faith Endurance Exploration Enthusiasm HANGZHOU SILAN INTEGRATED CIRCUIT CO., LTD Do Not Copy 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 Company Confidential 5 诚信 忍耐 探索 热情 Faith Endurance Exploration Enthusiasm HANGZHOU SILAN INTEGRATED CIRCUIT CO., LTD Do Not Copy 芯片与集成电路 Company Confidential 6 诚信 忍耐 探索 热情 Faith Endurance Exploration Enthusiasm HANGZHOU SILAN INTEGRATED CIRCUIT CO., LTD Do Not Copy 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 Company Confidential 7 诚信 忍耐 探索 热情 Faith Endurance Exploration Enthusiasm HANGZHOU SILAN INTEGRATED CIRCUIT CO., LTD Do Not Copy 二、集成电路芯片成品率的重要性 （一）客户需求 、 客户成本 ：成品率低意味着圆片上有较多的坏芯片，有效芯片减少， 但是圆片的测试、减薄、划片等后续工序的工作量并没有减少，而且增加挑 粒工序的工作量，所以成品率低，客户的有效产出低，成本增加； 、芯片的 可靠性 问题：成品率低意味着圆片在加工过程中有较多的缺陷， 坏芯片周围的所谓 “ 好 ” 芯片 ，可能存在同样的缺陷，只是缺陷比较轻微， 没有测试出来，但是存在可靠性的问题。所以，客户通常提出要 “ 无缺陷圆 片 ” ，或者拒绝接受成品率 低于 60或 70%的圆片 。 Company Confidential 8 诚信 忍耐 探索 热情 Faith Endurance Exploration Enthusiasm HANGZHOU SILAN INTEGRATED CIRCUIT CO., LTD Do Not Copy 84.6% 87.1% 90.3% 93.4% 80% 84% 88% 92% 96% 125 150 200 300 硅片直径( m m ) 有效利用面积百分比 3、 硅片有效利用面积 ：从客户的 角度，希望拿到有效利用面积比较 大的圆片，这也是晶圆尺寸越来越 大的原因之一。 由右图可以看出， 硅片直径越 大，有效利用面积的百分比越大 。 圆片成品率越高，意味着可以 充分利用圆片的有效利用面积，尤 其对于小尺寸圆片，意义更为重大。 硅片直径与有效利用面积之间的关系 （边缘 5mm区域为无效区域） Company Confidential 9 诚信 忍耐 探索 热情 Faith Endurance Exploration Enthusiasm HANGZHOU SILAN INTEGRATED CIRCUIT CO., LTD Do Not Copy （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。 Company Confidential 10 诚信 忍耐 探索 热情 Faith Endurance Exploration Enthusiasm HANGZHOU SILAN INTEGRATED CIRCUIT CO., LTD Do Not Copy （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 。 Company Confidential 11 诚信 忍耐 探索 热情 Faith Endurance Exploration Enthusiasm HANGZHOU SILAN INTEGRATED CIRCUIT CO., LTD Do Not Copy （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 Company Confidential 12 诚信 忍耐 探索 热情 Faith Endurance Exploration Enthusiasm HANGZHOU SILAN INTEGRATED CIRCUIT CO., LTD Do Not Copy （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 Company Confidential 13 诚信 忍耐 探索 热情 Faith Endurance Exploration Enthusiasm HANGZHOU SILAN INTEGRATED CIRCUIT CO., LTD Do Not Copy 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 Company Confidential 14 诚信 忍耐 探索 热情 Faith Endurance Exploration Enthusiasm HANGZHOU SILAN INTEGRATED CIRCUIT CO., LTD Do Not Copy 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 Company Confidential 15 诚信 忍耐 探索 热情 Faith Endurance Exploration Enthusiasm HANGZHOU SILAN INTEGRATED CIRCUIT CO., LTD Do Not Copy （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 Company Confidential 16 诚信 忍耐 探索 热情 Faith Endurance Exploration Enthusiasm HANGZHOU SILAN INTEGRATED CIRCUIT CO., LTD Do Not Copy （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 Company Confidential 17 诚信 忍耐 探索 热情 Faith Endurance Exploration Enthusiasm HANGZHOU SILAN INTEGRATED CIRCUIT CO., LTD Do Not Copy （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。 Company Confidential 18 诚信 忍耐 探索 热情 Faith Endurance Exploration Enthusiasm HANGZHOU SILAN INTEGRATED CIRCUIT CO., LTD Do Not Copy 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 。 Company Confidential 19 诚信 忍耐 探索 热情 Faith Endurance Exploration Enthusiasm HANGZHOU SILAN INTEGRATED CIRCUIT CO., LTD Do Not Copy 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。 Company Confidential 20 诚信 忍耐 探索 热情 Faith Endurance Exploration Enthusiasm HANGZHOU SILAN INTEGRATED CIRCUIT CO., LTD Do Not Copy 谢 谢 !