半導體元件的製作.doc

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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,一種是插入電路板的銲孔或腳座,如PDIP、

2、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

3、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(CRYST

4、AL 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

5、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,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

6、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

7、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

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