半導體材料應用技術應用與發(fā)展前景

半導體材料應用技術應用與發(fā)展前景報告內容

一、半導體材料應用技術二、集成電路圓片成品率的重要性三、影響成品率的因素四、總結芯片設計芯片制造測試封裝(一)半導體材料在集成電路產業(yè)鏈中的應用硅片掩模光刻膠及附屬品化學試劑氣體濺射靶CMP磨料引線框架塑料成形襯底鍵合絲可彎曲襯底陶瓷封裝模塑樹脂管芯鍵合材料在半導體材料市場中，管芯制造材料通常占總額的60％以上，其中大部分來自硅片。如果將硅片及掩模這兩大類加在一起，又要占到管芯制造材料的60％。

管芯制造材料封裝材料一、半導體材料應用技術氮化硅/氧化膜氧化膜多晶硅沉積硅化鎢沉積TEOS沉積硼磷氧化膜金屬膜保護層沉淀勻光刻膠曝光顯影化學蝕刻等離子蝕刻離子注入光刻版硅片投入激光刻號硅片清洗去膠熱處理/電性能測試晶背研磨硅片測試成品產出成品測試硅片封裝WATCPSort(二)管芯制造材料集成電路芯片制造中的應用芯片與集成電路

P+SubstrateN+BuriedLayerN+BuriedLayerN-WellN-WellP-WellPolyPolyN+N+N+N-N-P+P+P+M-1AlAlM-1M-1AlAlAlAlEBCNMOSPMOSBipolarTransistorN+PSGDSGDFieldOxideFieldOxideGateOxideGateOxideM-2M-2M-2M-3M-3M-3PassivationWW集成電路剖面結構示意圖二、集成電路芯片成品率的重要性（一）客戶需求

１、客戶成本：成品率低意味著圓片上有較多的壞芯片，有效芯片減少，但是圓片的測試、減薄、劃片等后續(xù)工序的工作量并沒有減少，而且增加挑粒工序的工作量，所以成品率低，客戶的有效產出低，成本增加；２、芯片的可靠性問題：成品率低意味著圓片在加工過程中有較多的缺陷，壞芯片周圍的所謂“好”芯片，可能存在同樣的缺陷，只是缺陷比較輕微，沒有測試出來，但是存在可靠性的問題。所以，客戶通常提出要“無缺陷圓片”，或者拒絕接受成品率低于60或70%的圓片。

3、硅片有效利用面積：從客戶的角度，希望拿到有效利用面積比較大的圓片，這也是晶圓尺寸越來越大的原因之一。由右圖可以看出，硅片直徑越大，有效利用面積的百分比越大。圓片成品率越高，意味著可以充分利用圓片的有效利用面積，尤其對于小尺寸圓片，意義更為重大。硅片直徑與有效利用面積之間的關系（邊緣5mm區(qū)域為無效區(qū)域）（二）工藝技術需求1、單項工藝：工藝復雜，技術含量高，為保證產品的成品率，必須每道工序精確控制；2、工藝流程長：從投片到產出經(jīng)過幾百道工序，經(jīng)歷幾個月的時間，只要有一道工序有問題，則前功盡棄，除光刻工序外，其它幾乎無返工的機會，可見，成品率就顯得尤為重要。（三）成本需求1、投資大：設備基本是進口；2、運行成本高：動力運行成本，保證車間恒溫恒濕和高潔凈度的維護成本；3、材料成本：尤其是硅片成本。從以上客戶、工藝技術和成本需求分析可以看出，提高集成電路圓片成品率的意義特別重大，是集成電路制造企業(yè)最重要的質量指標。成品率除了與工藝技術和生產控制有關外，制造過程中使用的各種材料的質量情況對成品率的提升有重要影響。（一）硅片的內在質量類別技術指標類型影響因素晶體結構(1)晶向利用晶體結構和器件特性，不同工藝采用不同的晶向(2)晶向偏差影響器件特性(3)位錯影響芯片的漏電、耐壓等可靠性指標(4)層錯化學成分(1)摻雜（P/N）不同工藝采用不同摻雜類型(2)電阻率摻雜濃度決定，但是均勻性特別重要(3)氧含量在制造過程中易引起晶體缺陷，從而影響器件的電流、電壓等特性，芯片的可靠性降低．(4)碳含量三、影響成品率的因素（二）線條的影響1、光刻線條的影響因素：（1）光刻膠：分辨率：圖形的分辨能力DOF特性：光刻機焦距的容忍度水份：產生表面缺陷，如：氣泡固體含量：顯影效果粘度：膠厚度及均勻性（2）顯影液：成分的穩(wěn)定正常線條輪廓不理想曝光不充分PelliclesLensLensReticleUVLight光刻曝光技術（3）硅片平整度/局部平整度/彎曲度/翹曲度：影響曝光均勻性．（4）光刻板：線條精度2、蝕刻線條的影響（1）濕法蝕刻化學品的純度配比的精度：如BOE/PAE/PAD表面張力（2）干法蝕刻氣體的純度氣體成分的穩(wěn)定性濕法蝕刻示意圖（三）顆粒的影響顆粒來源：（１）硅片（２）化學品（３）氣體（４）潔凈材料：如：無塵衣、口罩、手套等（５）用具：如：片舟、片盒、導片機、夾具等（６）車間環(huán)境：高效過濾器（７）人為因素：如：車間外帶入、人員的走動、操作動作等顆粒影響示意圖酸液或等離子如何進入？勻膠前產生的顆粒顯影后產生的顆粒薄膜生長前或生長過程中產生的顆粒（四）金屬離子P型半導體：在本征半導體中摻入少量的三價元素雜質，多數(shù)載流子是空穴，少數(shù)載流子是電子N型半導體：在本征半導體中摻入少量的五價元素雜質，多數(shù)載流子是電子，少數(shù)載流子是空穴金屬：自由電子所以，金屬在集成電路芯片制造中有非常嚴重的危害性，尤其嚴重的是Na+.主要來源：所有材料都有可能P型半導體N型半導體PN結反向電壓（五）靜電的影響半導體制造中靜電的危害可分為兩類：１、由靜電引力引起的浮游塵埃的吸附（塵埃顆粒危害性前面已述）２、由靜電放電引起的介質擊穿集成電路芯片的集成度越來越高，導線間距越來越小，絕緣膜越來越薄，致使耐擊穿電壓也愈來愈低。

在生產流程中，生產過程、硅片運輸、儲存和轉運等過程中所產生的靜電電壓卻遠遠超過其擊穿電壓閾值，這就可能造成器件的擊穿或失效，降低電路的可靠性和圓片成品率。靜電的來源：摩擦主要產生于：（１）人員的動作：鞋與地板、衣服間的摩擦、操作動作產生的摩擦等；（２）硅片與夾具、硅片與片舟、片舟與片盒，器具與工作臺、設備手臂移動硅片等。車間的摩擦無所不在，無時不有，如果產生的靜電積累于硅片，對產品有致命的影響。所以，車間使用的材料和器具必須可以防靜電產生或者可以有效釋放靜電。四、結論（一）集成電路芯片制造具有投資大、技術復雜、工藝流程長等特點，從客戶、工藝技術和成本的角度分析，提高產品的成品率尤其重要。（二）產品的可靠性和圓片成品率受硅片的缺陷、化學品材料的物理化學特性、特氣的純度、顆粒、金屬離子、靜電等方面因素的影響。