半導體元件的製作.doc

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、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（CRYSTALGROWTH）：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、平坦度以及各項規格以確保