晶圆制造工艺流程及一些常用名词解释

共读好书

晶圆制造工艺流程

1、 表面清洗

2、 初次氧化

3、 CVD(Chemical Vapor deposition) 法沉积一层 Si3N4 (Hot CVD 或 LPCVD) 。

(1)常压 CVD (Normal Pressure CVD)
(2)低压 CVD (Low Pressure CVD)
(3)热 CVD (Hot CVD)/(thermal CVD)
(4)电浆增强 CVD (Plasma Enhanced CVD)
(5)MOCVD (Metal Organic (6)外延生长法 (LPE)

4、 涂敷光刻胶 (1)光刻胶的涂敷

(2)预烘
(3)曝光
(4)显影
(5)后烘
(6)腐蚀
(7)光刻胶的去除

5、 此处用干法氧化法将氮化硅去除

6 、离子布植将硼离子 (B+3) 透过 SiO2 膜注入衬底，形成 P 型阱 7、 去除光刻胶，放高温炉中进行退火处理

8、 用热磷酸去除氮化硅层，掺杂磷 (P+5) 离子，形成 N 型阱

9、 退火处理，然后用 HF 去除 SiO2 层

10、干法氧化法生成一层 SiO2 层，然后 LPCVD 沉积一层氮化硅

11、利用光刻技术和离子刻蚀技术，保留下栅隔离层上面的氮化硅层

12、湿法氧化，生长未有氮化硅保护的 SiO2 层，形成 PN 之间的隔离区

13、热磷酸去除氮化硅，然后用 HF 溶液去除栅隔离层位置的 SiO2 ，并重新生成品质更好 的 SiO2 薄膜 , 作为栅极氧化层。

14、LPCVD 沉积多晶硅层，然后涂敷光阻进行光刻，以及等离子蚀刻技术，栅极结构，并氧 化生成 SiO2 保护层。

15、表面涂敷光阻，去除 P 阱区的光阻，注入砷 (As) 离子，形成 NMOS 的源漏极。用同样的 方法，在 N 阱区，注入 B 离子形成 PMOS 的源漏极。

16、利用 PECVD 沉积一层无掺杂氧化层，保护元件，并进行退火处理。

17、沉积掺杂硼磷的氧化层

18、濺镀第一层金属

(1) 薄膜的沉积方法根据其用途的不同而不同，厚度通常小于 1um 。(2) 真空蒸发法( Evaporation Deposition )

(3) 溅镀( Sputtering Deposition )

19、光刻技术定出 VIA 孔洞，沉积第二层金属，并刻蚀出连线结构。然后，用 PECVD 法氧 化层和氮化硅保护层。20、光刻和离子刻蚀，定出 PAD 位置 21、最后进行退火处理，以保证整个 Chip 的完整和连线的连接性

晶圆制造总的工艺流程

芯片的制造过程可概分为晶圆处理工序(Wafer Fabrication)、晶圆针测工序(Wafer Probe)、构装工序(Packaging)、测试工序(InitialTestandFinalTest)等几个步骤。其中晶圆处理工序和晶圆针测工序为前段(Front End)工序，而构装工序、测试工序为后 段(Back End)工序。

1、晶圆处理工序:本工序的主要工作是在晶圆上制作电路及电子元件(如晶体管、电容、 逻辑开关等)，其处理程序通常与产品种类和所使用的技术有关，但一般基本步骤是先将晶 圆适当清洗，再在其表面进行氧化及化学气相沉积，然后进行涂膜、曝光、显影、蚀刻、离 子植入、金属溅镀等反复步骤，最终在晶圆上完成数层电路及元件加工与制作。

2、晶圆针测工序:经过上道工序后，晶圆上就形成了一个个的小格，即晶粒，一般情况下， 为便于测试，提高效率，同一片晶圆上制作同一品种、规格的产品;但也可根据需要制作几 种不同品种、规格的产品。在用针测(Probe)仪对每个晶粒检测其电气特性，并将不合格 的晶粒标上记号后，将晶圆切开，分割成一颗颗单独的晶粒，再按其电气特性分类，装入不 同的托盘中，不合格的晶粒则舍弃。

3、构装工序:就是将单个的晶粒固定在塑胶或陶瓷制的芯片基座上，并把晶粒上蚀刻出的 一些引接线端与基座底部伸出的插脚连接，以作为与外界电路板连接之用，最后盖上塑胶盖 板，用胶水封死。其目的是用以保护晶粒避免受到机械刮伤或高温破坏。到此才算制成了一 块集成电路芯片(即我们在电脑里可以看到的那些黑色或褐色，两边或四边带有许多插脚或 引线的矩形小块)。

4、测试工序:芯片制造的最后一道工序为测试，其又可分为一般测试和特殊测试，前者是 将封装后的芯片置于各种环境下测试其电气特性，如消耗功率、运行速度、耐压度等。经测 试后的芯片，依其电气特性划分为不同等级。而特殊测试则是根据客户特殊需求的技术参数， 从相近参数规格、品种中拿出部分芯片，做有针对性的专门测试，看是否能满足客户的特殊 需求，以决定是否须为客户设计专用芯片。经一般测试合格的产品贴上规格、型号及出厂日 期等标识的标签并加以包装后即可出厂。而未通过测试的芯片则视其达到的参数情况定作降 级品或废品

一些半导体制造名词解释

ETCH何谓蚀刻(Etch)?

答:将形成在晶圆表面上的薄膜全部，或特定处所去除至必要厚度的制程。

蚀刻种类:
答:(1) 干蚀刻(2) 湿蚀刻

蚀刻对象依薄膜种类可分为:
答:poly,oxide, metal

何谓 dielectric 蚀刻(介电质蚀刻)?
答:Oxide etch and nitride etch

半导体中一般介电质材质为何?
答:氧化硅/氮化硅

何谓湿式蚀刻
答:利用液相的酸液或溶剂;将不要的薄膜去除

何谓电浆 Plasma?

答:电浆是物质的第四状态.带有正,负电荷及中性粒子之总和;其中包含电子,正离子,负离子,中性分子,活性基及发散光子等,产生电浆的方法可使用高温或高电压.

何谓干式蚀刻?
答:利用 plasma 将不要的薄膜去除

何谓 Under-etching(蚀刻不足)?

答:系指被蚀刻材料，在被蚀刻途中停止造成应被去除的薄膜仍有残留

何谓 Over-etching(过蚀刻 )
答:蚀刻过多造成底层被破坏

何谓 Etch rate(蚀刻速率)
答:单位时间内可去除的蚀刻材料厚度或深度

何谓 Seasoning(陈化处理) 答:是在蚀刻室的清净或更换零件后，为要稳定制程条件，使用仿真(dummy) 晶圆进 行数次的蚀刻循环。

Asher 的主要用途:
答:光阻去除

Wet bench dryer 功用为何?
答:将晶圆表面的水份去除

列举目前 Wet bench dry 方法:
答:(1) Spin Dryer (2) Marangoni dry (3) IPA Vapor Dry

何谓 Spin Dryer
答:利用离心力将晶圆表面的水份去除

何谓 Maragoni Dryer
答:利用表面张力将晶圆表面的水份去除

何谓 IPA Vapor Dryer
答:利用 IPA(异丙醇)和水共溶原理将晶圆表面的水份去除

测 Particle 时,使用何种测量仪器?
答:Tencor Surfscan

测蚀刻速率时,使用何者量测仪器?
答:膜厚计,测量膜厚差值

何谓 AEI
答:After Etching Inspection 蚀刻后的检查

AEI 目检 Wafer 须检查哪些项目:
答:(1) 正面颜色是否异常及刮伤 (2) 有无缺角及 Particle (3)刻号是否正确

金属蚀刻机台转非金属蚀刻机台时应如何处理?
答:清机防止金属污染问题

金属蚀刻机台 asher 的功用为何?
答:去光阻及防止腐蚀

金属蚀刻后为何不可使用一般硫酸槽进行清洗?
答:因为金属线会溶于硫酸中

"Hot Plate"机台是什幺用途?
答:烘烤

Hot Plate 烘烤温度为何?
答:90~120 度 C

何种气体为 Poly ETCH 主要使用气体?
答:Cl2, HBr, HCl

用于 Al 金属蚀刻的主要气体为

答:Cl2, BCl3

用于 W 金属蚀刻的主要气体为

答:SF6

何种气体为 oxide vai/contact ETCH 主要使用气体?

答:C4F8, C5F8, C4F6

硫酸槽的化学成份为:
答:H2SO4/H2O2

AMP 槽的化学成份为:
答:NH4OH/H2O2/H2O

UV curing 是什幺用途?
答:利用 UV 光对光阻进行预处理以加强光阻的强度

"UV curing"用于何种层次?
答:金属层

何谓 EMO?
答:机台紧急开关

EMO 作用为何? 答:当机台有危险发生之顾虑或已不可控制,可紧急按下 湿式蚀刻门上贴有那些警示标示?
答:(1) 警告.内部有严重危险.严禁打开此门 (2) 机械手臂危险. 严禁打开此门 (3) 化 学药剂危险. 严禁打开此门

遇化学溶液泄漏时应如何处置?
答:严禁以手去测试漏出之液体. 应以酸碱试纸测试. 并寻找泄漏管路.

遇 IPA 槽着火时应如何处置??
答:立即关闭 IPA 输送管路并以机台之灭火器灭火及通知紧急应变小组

BOE 槽之主成份为何?
答:HF(氢氟酸)与 NH4F(氟化铵).

BOE 为那三个英文字缩写 ?
答:Buffered Oxide Etcher 。

有毒气体之阀柜(VMB)功用为何?

答:当有毒气体外泄时可利用抽气装置抽走,并防止有毒气体漏出

电浆的频率一般 13.56 MHz,为何不用其它频率?

答:为避免影响通讯品质,目前只开放特定频率,作为产生电浆之用,如 380~420KHz ,13.56MHz,2.54GHz 等

何谓 ESC(electrical static chuck)
答:利用静电吸附的原理, 将 Wafer 固定在极板 (Substrate) 上

Asher 主要气体为
答:O2

Asher 机台进行蚀刻最关键之参数为何?
答:温度

简述 TURBO PUMP 原理
答:利用涡轮原理,可将压力抽至 10-6TORR

热交换器(HEAT EXCHANGER)之功用为何?

答:将热能经由介媒传输,以达到温度控制之目地

简述 BACKSIDE HELIUM COOLING 之原理?

答:藉由氦气之良好之热传导特性,能将芯片上之温度均匀化

ORIENTER 之用途为何?
答:搜寻 notch 边,使芯片进反应腔的位置都固定,可追踪问题

简述 EPD 之功用
答:侦测蚀刻终点;End point detector 利用波长侦测蚀刻终点

何谓 MFC?
答:mass flow controler 气体流量控制器;用于控制 反应气体的流量

GDP 为何?
答:气体分配盘(gas distribution plate)

GDP 有何作用?
答:均匀地将气体分布于芯片上方

何谓 isotropic etch?
答:等向性蚀刻;侧壁侧向蚀刻的机率均等

何谓 anisotropic etch?
答:非等向性蚀刻;侧壁侧向蚀刻的机率少

何谓 etch 选择比?
答:不同材质之蚀刻率比值

何谓 AEI CD?
答:蚀刻后特定图形尺寸之大小,特征尺寸(Critical Dimension)

何谓 CD bias?
答:蚀刻 CD 减蚀刻前黄光 CD

简述何谓田口式实验计划法?
答:利用混合变因安排辅以统计归纳分析

何谓反射功率? 答:蚀刻过程中,所施予之功率并不会完全地被反应腔内接收端所接受,会有部份值反射 掉,此反射之量,称为反射功率

Load Lock 之功能为何?
答:Wafers 经由 loadlock 后再进出反应腔,确保反应腔维持在真空下不受粉尘及湿度 的影响.

厂务供气系统中何谓 Bulk Gas ?
答:Bulk Gas 为大气中普遍存在之制程气体, 如 N2, O2, Ar 等. 厂务供气

系统中何谓 Inert Gas?
答:Inert Gas 为一些特殊无强烈毒性的气体, 如 NH3,CF4, CHF3, SF6 等.

厂务供气系统中何谓 Toxic Gas ?

答:Toxic Gas 为具有强烈危害人体的毒性气体, 如 SiH4, Cl2, BCl3 等.

机台维修时,异常告示排及机台控制权应如何处理?

答:将告示牌切至异常且将机台控制权移至维修区以防有人误动作

冷却器的冷却液为何功用 ?
答:传导热

Etch 之废气有经何种方式处理 ?

答:利用水循环将废气溶解之后排放至废酸槽

何谓 RPM?
答:即 Remote Power Module,系统总电源箱.

火灾异常处理程序
答:(1) 立即警告周围人员. (2) 尝试 3 秒钟灭火. (3) 按下 EMO 停止机台. (4) 关闭 VMB Valve 并通知厂务. (5) 撤离.

一氧化碳(CO)侦测器警报异常处理程序
答:(1) 警告周围人员. (2) 按 Pause 键,暂止 Run 货. (3) 立即关闭 VMB 阀,并通知厂务. (4) 进行测漏.

高压电击异常处理程序
答:(1) 确认安全无虑下,按 EMO 键(2) 确认受伤原因(误触电源,漏水等)(3) 处理受伤 人员

T/C (传送 Transfer Chamber) 之功能为何 ?
答:提供一个真空环境, 以利机器手臂在反应腔与晶舟间传送 Wafer,节省时间.

机台 PM 时需佩带面具否

答:是,防毒面具

机台停滞时间过久 run 货前需做何动作
答:Seasoning(陈化处理)

何谓 Seasoning(陈化处理)

答:是在蚀刻室的清净或更换零件后，为要稳定制程条件，使用仿真(dummy) 晶圆进 行数次的蚀刻循环。

何谓日常测机
答:机台日常检点项目, 以确认机台状况正常

何谓 WAC (Waferless Auto Clean)
答:无 wafer 自动干蚀刻清机

何谓 Dry Clean
答:干蚀刻清机

日常测机量测 etch rate 之目的何在?
答:因为要蚀刻到多少厚度的 film,其中一个重要参数就是蚀刻率 操作酸

碱溶液时,应如何做好安全措施?
答:(1) 穿戴防酸碱手套围裙安全眼镜或护目镜(2) 操作区备有清水与水管以备不时之 需(3) 操作区备有吸酸棉及隔离带

如何让 chamber 达到设定的温度?
答:使用 heater 和 chiller

Chiller之功能为何?
答:用以帮助稳定 chamber 温度

如何在 chamber 建立真空?
答:(1) 首先确立 chamber parts 组装完整(2) 以 dry pump 作第一阶段的真空建立(3) 当圧力到达 100mTD寺再以 turbo pump 抽真空至 1mT 以下

真空计的功能为何?
答:侦测 chamber 的压力,确保 wafer 在一定的压力下 process

Transfer module 之 robot 功用为何?
答:将 wafer 传进 chamber 与传出 chamber 之用

何谓 MTBC? (mean time between clean)
答:上一次 wet clean 到这次 wet clean 所经过的时间

RF Generator 是否需要定期检验?

答:是需要定期校验;若未校正功率有可能会变化;如此将影响电浆的组成

为何需要对 etch chamber 温度做监控?
答:因为温度会影响制程条件;如 etching rate/均匀度

为何需要注意 dry pump exhaust presure (pump 出口端的气压)?

答:因为气压若太大会造成 pump 负荷过大;造成 pump 跳掉,影响 chamber 的压力,直接 影响到 run 货品质

为何要做漏率测试? (Leak rate )
答: (1) 在 PM 后 PUMP Down 1~2 小时后;为确保 chamber Run 货时,无大气进入 chambe 影响 chamber GAS 成份(2) 在日常测试时,为确保 chamber 内来自大气的泄漏源,故需测漏

机台发生 Alarm 时应如何处理?
答:(1) 若为火警,立即圧下 EMO(紧急按钮),并灭火且通知相关人员与主管(2) 若是一 般异常,请先检查 alarm 讯息再判定异常原因,进而解决问题,若未能处理应立即通知主要负 责人

蚀刻机台废气排放分为那几类?
答:一般无毒性废气/有毒酸性废气排放

蚀刻机台使用的电源为多少伏特(v)?
答:208V 三相

式蚀刻机台分为那几个部份?
答:(1) Load/Unload 端 (2) transfer module (3) Chamber process module (4) 真 空系统 (5) GAS system (6)RF system

在半导体程制中,湿制程(wet processing)分那二大頪?
答:(1) 晶圆洗净(wafer cleaning) (2) 湿蚀刻(wet etching).

晶圆洗净(wafer cleaning)的设备有那几种?
答:(1) Batch type(immersion type): a) carrier type b)Cassetteless type (2) Single wafer type(spray type)

晶圆洗净(wafer cleaning)的目的为何?
答:去除金属杂质,有机物污染及微尘.

半导体制程有那些污染源?
答:(1) 微粒子(2) 金属(3) 有机物(4) 微粗糙(5) 天生的氧化物

RCA 清洗制程目的为何?

答:于微影照像后,去除光阻,清洗晶圆,并做到酸碱中和,使晶圆可进行下一个制程.

洗净溶液 APM(SC-1)--> NH4OHH2O 的目的为何?
答:去除微粒子及有机物

洗净溶液 SPM--> H2SO4H2O 的目的为何?
答:去除有机物

洗净溶液 HPM(SC-2)--> HCLH2O 的目的为何?
答:去除金属

洗净溶液 DHF--> HF100~1:500)的目的为何?
答:去除自然氧化膜及金属

洗净溶液 FPM--> HFH2O 的目的为何?
答:去除自然氧化膜及金属

洗净溶液 BHF(BOE)--> HF:NH4F 的目的为何?
答:氧化膜湿式蚀刻

洗净溶液 热磷酸--> H3PO4 的目的为何?
答:氮化膜湿式蚀刻

0.25 微米逻辑组件有那五种标准清洗方法?
答:(1) 扩散前清洗(2) 蚀刻后清洗(3) 植入后清洗(4) 沉积前洗清 (5) CMP 后清洗

超音波刷洗(ultrasonic scrubbing)目的为何?
答:去除不溶性的微粒子污染

何谓晶圆盒(POD)清洗? 答:利用去离子水和界面活性剂(surfactant),除去晶圆盒表面的污染. 高压喷洒(high pressure spray)或刷洗去微粒子在那些制程之后?
答:(1) 锯晶圆(wafer saw) (2) 晶圆磨薄(wafer lapping) (3) 晶圆拋光(wafer polishing) (4) 化学机械研磨

晶圆湿洗净设备有那几种?
答:(1) 多槽全自动洗净设备 (2) 单槽清洗设备 (3) 单晶圆清洗设备. 单槽

清洗设备的优点?
答:(1) 较佳的环境制程与微粒控制能力. (2) 化学品与纯水用量少. (3) 设备调整弹 性度高.

单槽清洗设备的缺点?
答:(1) 产能较低. (2) 晶圆间仍有互相污染

单晶圆清洗设备未来有那些须要突破的地方?
答:产能低与设备成熟度

审核编辑 黄宇