1. IC 基礎
IC 前段製程簡介
IC 後段製程簡介
國立雲林科技大學 資訊管理系
陳信宏

2. IC 的原料 – 半導體 ( 一 )
 半導體是什麼？
 電導特性介於良導體與絕緣體之間 ( 電阻係數 = 微歐姆
X 公分 )
 鋁 (2.7) 、鈉 (4.7) 、矽 ( 約 10 之 10 次方 ) 、二 化氧 矽
( 大於 10 的 20 次方 )
 半導體的材料
 [ 元素 ] 矽 (Si) 、鍺 (Ge)
 [ 化合物 ] 化砷 鎵 (GaAs) 、 化碳 矽 (SiC) 、 化鍺 矽 (SiGe)
 為製造積體電路的主要材料來源矽
 補充資料 =>Si 與 GaAs 的比較

3. IC 的原料 – 半導體 ( 二 )
 摻雜 (Doping) 為半導體重要的特性之一
 加入某種雜質並應用電場來控制其導電性
 加入 IIIA 族 P 型元素形成電洞結構
 加入 VA 族 N 型元素形成自由電子的結構
 濃度越高、電導係數越小。同濃度時，電阻係數 N<P

4.  電阻器
 過去 - 圖案化與摻雜
 目前 - 多晶矽 (Polysilicon)
 電容器 ( 對記憶晶片最為重要 )
 導體部分 - 多晶矽
 介電質材料—二 化 、二 化氧 矽 氧 鈦 ( 高介電 )
 二極體
 非線性元件、電流只能從單一方向流通
 由 P 型與 N 型半導體接合而成
IC 的基本元件 ( 一 )

5.  雙載子電晶體
 由 PNP 或是 NPN 以平面式接面所組成
 基極 - 射極的偏向電壓，會影響到射極 - 集極的
電流，所以可作為開關使用
 放大電流效果 => 射極 - 集極電流值
=(30~100)X 進入基極的電流值
 1950~1980 年間為半導體產業的主流
IC 的基本元件 ( 二 )

6.  MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)
 金屬 化半導體場效電晶體氧
 PMOS 、 NMOS 、 CMOS
 補充資料 – FET.pdf
IC 的基本元件 ( 三 )

7.  記憶體
 DRAM = MOSFET + 電容
 SRAM = 四個電晶體 + 兩個電阻 or 六個電晶
體
 EPROM = NMOS 加上懸浮閘極 (Floating Gate)

利用 Gate 的電壓的吸引電子，來改變 Gate 的特性

EEPROM(Flash) 以電氣方式控制 Gate 中的電子
IC 的類別 – 記憶體
Vdd
字元線
位元線

8.  微處理器
 控制系統 + ALU
 CISC 、 RISC
 特殊應用積體電路 (ASIC)
 數位信號處理晶片 (DSP)
 電視、收音機、通訊等晶片
IC 的類別 – 微處理器 與 ASIC

9.  有 些優點，而成為目前製造半導矽 哪
體的主要材料？
開放討論問題

10. IC 製程 – CMOS 製程

11. IC 製程 – CMOS 結構

12. IC 製程流程圖

13.  方式
 晶圓（ Wafer ）的生產由砂即（二 化 ）開始，經由電弧爐的氧 矽
提煉還原成冶煉級的 ，再經由鹽酸 化，產生三 化 ，經蒸矽 氯 氯 矽
餾純化後，透過慢速分解過程，製成棒狀或粒狀的「多晶 」。矽
 一般晶圓製造廠，將多晶 融解後，再利用 晶種慢慢拉出單晶矽 矽
晶棒。矽
 一支 85 公分長，重 76.6 公斤的 8 吋 晶棒，約需矽 2 天半時間長
成。

經研磨、 光、切片後，即成半導體之原料拋 - 晶圓片。
 代表廠商
 中美 晶、台灣小松電子、台灣信越矽
IC 的源頭 – 晶圓製作

14.  雷射刻號
 在晶圓背部刻上 Wafer ID ，用來作為此片的識
別。
 清洗
 溶劑 ( 清除有機物 ) 、酸劑 ( 清除無機物 )
 超純水清洗 (DI Water)
 旋乾
 化 積氮 矽沉
 作為擴散阻 層擋 (Diffusion Barrier Layer)
 在爐管 (Furnace) 中進行
最初始製程

15.  主要目的
 將設計好的圖案從光罩或是倍縮光罩上轉印到
晶圓表面的光阻
 為 IC 製造中最重要的一道製程步驟
 光阻 (Photoresist:PR)
 正光阻 - 未曝光部分經清洗後，會留在晶圓上
 負光阻 - 已曝光部分經清洗後，會留在晶圓上
 大部分先進製程使用正光阻
 好的光阻的條件 - 解析度好、抗蝕刻能力高、
附著力強
 光阻基本成分 - 聚合物、感光劑、溶劑、添加
劑
黃光製程 (Litho)( 一 )

16.  黃光製程步驟
 主要製程為 - 光阻塗 、曝光、顯影佈
 先進製程中，晶圓軌道對準 (Track-aligner)
整合系統用來提高良率和產量。
 顯影完畢之後，會經過圖案檢視步驟 ( 用顯
微鏡看或是自動檢視系統 ) ，若是沒通過，
則會進行光阻剝除，再作上光阻等重工
(Rework) 步驟，直到經過檢 為止。最重查
要檢 項目查 -CD( 關鍵尺寸 ) 。
 補充資料：國家毫微米元件實驗室
黃光製程 (Litho)( 二 )

17.  主要目的
 移除晶圓表面的材料
 作用區域 - 圖案化蝕刻、整面全區蝕刻
 蝕刻方式
 電漿 ( 乾式 ) 蝕刻 ( 圖案化 )- 利用電漿加氣相化學蝕刻
劑來反應，並可由離子轟擊來移除表面材料
 式蝕刻溼 ( 薄膜剝除與薄膜品質控制 )- 用化學溶劑來融
解表面材料， HF( 溶二 化氧 矽 ) ， HNO3+HF( 溶 Si) ，
H3PO4( 溶 化氮 矽 )
 蝕刻的測量 - 蝕刻速率、均 性、選擇性、輪廓勻
( 把未有 PR 的部分蝕刻完，沒造成 Critical
Dimension (CD) 的損失 )
 補充資料：國家毫微米元件實驗室
蝕刻製程 (Etch)

18.  主要目的
 藉由添加摻雜物來控制半導體材料的導電性
 兩種方法 - 擴散 (1970 年前 ) 和離子佈值
 擴散 (Diffusion)
 在擴散爐 (Diffusion furnace) 中完成
 目前 furnace 主要是用在 化和熱退火處理上氧
 離子佈值 (Implantation)
 以高能的帶電離子束將摻雜物注入材料中
 可控制摻雜物濃度 ( 時間 ) 與接面深度 ( 能量 )
 非等向性的摻雜物分 輪廓佈
 須經過熱退火處理來恢復晶格結構並活化摻雜物
 補充資料：國家毫微米元件實驗室
擴散製程 (Diffusion)

19.  主要目的
 在晶圓表面上舖上一層介電質 ( 電氣絕緣材料 )
的薄膜
 兩種介電 薄膜值 - 熱成長、 積沉
 CVD( 化學氣相 積沉 )
 利用氣態的化學化學材料在表面產生化學反應
， 積一層固態的產物作為薄膜層沉
 薄膜的測量 -( 光線 ) 折射率、厚度 ( 最重要
因素，利用反射與干涉的顏色來判斷 ) 、應
力
 補充資料：國家毫微米元件實驗室
薄膜製程 (Thin Film)

20.  主要目的
 將金屬 積在材料上，作為電子的電路連線沉
 常用金屬 - 鋁 ( 最常使用 ) 、銅 ( 新的製程 )
 CVD( 金屬化學氣相 積沉 )
 因電阻 會較高，所以非用在長距離連線值
 PVD( 物理氣相 積沉 )
 蒸镀 ( 早期 ) 、濺镀 ( 最常用 )
 補充資料：國家毫微米元件實驗室
金屬化製程 (Metal)

21.  面對如此複雜的 IC 前段製程， MES
需要具備 些能力哪 ？可從軟體技術與
領域需求來討論。
開放討論問題

22.  切晶
 入料 - 來自前段晶圓廠已加工完成的 Wafer
 上框 - 將 Wafer 粘到框架上去
 切晶 - 用鑽石刀將一個一個 Die 切開
 紫外線照射 - 將個別的 Die 粘在支架上
 外觀檢查 - 若是之前 WAT 檢 沒過，會被點上查
Ink ，這些 Die 便不取出
 取出 - 取出單一的 Die
IC 後段製程 ( 一 )

23.  粘晶 (Mount)
 將晶片黏在導線架上
 可用銀膠作黏合，或是晶片 + 金膠帶 + 鍍銀導
線架
 電極連結 (Bonding)
 利用金細線 (30um) 將晶片的電極座與導線架的
電極端子作黏合 (Wire Bonding)
 Wireless Bonding- 覆晶 BGA (Ball Grid Array) 與
TAB( 在晶片或是 Tape 上形成金屬凸塊 )
IC 後段製程 ( 二 )

24.  封裝
 利用環 樹脂氧
 打印
 將封裝好的晶片，打上標記
 檢查
 經過最後的檢 ，便可出貨查
IC 後段製程 ( 三 )