半導體元件的製作

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1、半導體的產品很多，應用的場合非常廣泛，圖一是常見的幾種半導體元件外型。半導體元件一般是以接腳形式或外型來劃分類別，圖一中不同類別的英文縮寫名稱原文為PDID：PlasticDualInlinePackageSOP：SmallOutlinePackageSOJ：SmallOutlineJ-LeadPackagePLCC：PlasticLeadedChipCarrierQFP：QuadFlatPackagePGA：PinGridArrayBGA：BallGridArray雖然半導體元件的外型種類很多，在電路板上常用的組裝方式有二種，

2、一種是插入電路板的銲孔或腳座，如PDIP、PGA，另一種是貼附在電路板表面的銲墊上，如SOP、SOJ、PLCC、QFP、BGA。從半導體元件的外觀，只看到從包覆的膠體或陶瓷中伸出的接腳，而半導體元件真正的的核心，是包覆在膠體或陶瓷內一片非常小的晶片，透過伸出的接腳與外部做資訊傳輸。圖二是一片EPROM元件，從上方的玻璃窗可看到內部的晶片，圖三是以顯微鏡將內部的晶片放大，可以看到晶片以多條銲線連接四周的接腳，這些接腳向外延伸並穿出膠體，成為晶片與外界通訊的道路。請注意圖三中有一條銲線從中斷裂，那是使用不當引發過電流而燒毀，致使晶片

3、失去功能，這也是一般晶片遭到損毀而失效的原因之一。圖四是常見的LED，也就是發光二極體，其內部也是一顆晶片，圖五是以顯微鏡正視LED的頂端，可從透明的膠體中隱約的看到一片方型的晶片及一條金色的銲線，若以LED二支接腳的極性來做分別，晶片是貼附在負極的腳上，經由銲線連接正極的腳。當LED通過正向電流時，晶片會發光而使LED發亮，如圖六所示。半導體元件的製作分成兩段的製造程序，前一段是先製造元件的核心─晶片，稱為晶圓製造；後一段是將晶中片加以封裝成最後產品，稱為IC封裝製程，又可細分成晶圓切割、黏晶、銲線、封膠、印字、剪切成型等加工

4、步驟，在本章節中將簡介這兩段的製造程序。須經過下列主要製程才能製造出一片可用的晶片，以下是各製程的介紹：（１）長晶（CRYSTAL　GROWTH）：　長晶是從矽沙中(二氧化矽)提鍊成單晶矽，製造過程是將矽石(Silica)或矽酸鹽(Silicate)如同冶金一樣，放入爐中熔解提鍊，形成冶金級矽。冶金級矽中尚含有雜質，接下來用分餾及還原的方法將其純化，形成電子級矽。雖然電子級矽所含的矽的純度很高，可達99.999999999%，但是結晶方式雜亂，又稱為多晶矽，必需重排成單晶結構，因此將電子級矽置入坩堝內加溫融化，先將溫度降低至一設

5、定點，再以一塊單晶矽為晶種，置入坩堝內，讓融化的矽沾附在晶種上，再將晶種以邊拉邊旋轉方式抽離坩堝，而沾附在晶種上的矽亦隨之冷凝，形成與晶種相同排列的結晶。隨著晶種的旋轉上升，沾附的矽愈多，並且被拉引成表面粗糙的圓柱狀結晶棒。拉引及旋轉的速度愈慢則沾附的矽結晶時間愈久，結晶棒的直徑愈大，反之則愈小。右圖(摘自中德公司目錄)為中德電子材料公司製作的晶棒(長度達一公尺，重量超過一百公斤)。（２）切片（SLICING）：　　　從坩堝中拉出的晶柱，表面並不平整，經過工業級鑽石磨具的加工，磨成平滑的圓柱，並切除頭尾兩端錐狀段，形成標準的圓柱

6、，被切除或磨削的部份則回收重新冶煉。接著以以高硬度鋸片或線鋸將圓柱切成片狀的晶圓(Wafer)(摘自中德公司目錄)。（３）邊緣研磨（EDGE－GRINDING）：　　　將片狀晶圓的圓周邊緣以磨具研磨成光滑的圓弧形，如此可(1)防止邊緣崩裂，(2)防止在後續的製程中產生熱應力集中，(3)增加未來製程中鋪設光阻層或磊晶層的平坦度。（４）研磨（LAPPING）與蝕刻（ETCHING）：　　　由於受過機械的切削，晶圚表面粗糙，凹凸不平，及沾附切屑或污漬，因此先以化學溶液(HF/HNO3)蝕刻(Etching)，去除部份切削痕跡，再經去離

7、子純水沖洗吹乾後，進行表面研磨拋光，使晶圓像鏡面樣平滑，以利後續製程。研磨拋光是機械與化學加工同時進行，機械加工是將晶圓放置在研磨機內，將加工面壓貼在研磨墊(PolishingPad)磨擦，並同時滴入具腐蝕性的化學溶劑當研磨液，讓磨削與腐蝕同時產生。研磨後的晶圓需用化學溶劑清除表面殘留的金屬碎屑或有機雜質，再以去離子純水沖洗吹乾，準備進入植入電路製程。（5）退火（ANNEALING）：　　將晶片在嚴格控制的條件下退火，以使晶片的阻質穩定。（6）拋光（POLISHING）：　　晶片小心翼翼地拋光，使晶片表面光滑與平坦，以利將來再加

8、工。（7）洗淨（CLEANING）：　　以多步驟的高度無污染洗淨程序－包含各種高度潔淨的清洗液與超音動處理－除去晶片表面的所有污染物質，使晶片達到可進行晶片加工的狀態。（8）檢驗（INSPECTION）：　　　晶片在無塵環境中進行嚴格的檢查，包含表面的潔淨度、平