晶圆破碎和弯曲

在晶圆生产过程中,晶圆本身会通过很多次的手工的和自动的操作。每一次操作都存在将这些易碎的晶圆打破的可能性。一片典型300mm(12英寸)晶圆的厚度只有大约800um厚。必须要仔细操作晶圆,自动化操作必须将晶圆的破碎维持到最小。

晶圆

对晶圆的多次热处理使得晶圆更容易破裂。热处理造成的晶格结构上的损伤导致晶圆在后续步骤中增加了破碎的机会。自动化的生产设备只能处理完整的晶圆。因此,晶圆如果破碎,不论破碎大小,整片晶圆将拒收并丢弃。

如果操作得当,硅晶圆相对而言易于操作,并且自动化设备已经把晶圆的破碎降到了一个很低的水平。但是砷化镓晶圆就没有这么好的弹性,晶圆破碎是限制其良品率的主要因素。由于砷化镓电路和器件具有很高的性能和高昂的价格,所以在砷化镓生产线上,对破碎晶圆的继续生产是可能的,特别是通过手动的工艺。

砷化镓

在尽量减少晶圆破碎的同时,晶圆的表面在整个生产过程中必须保持平整。这一点对于使用光刻技术将电路图案投射到晶圆表面的晶圆生产至关重要。如果晶圆表面弯曲或起伏不平,投射到晶圆表面的图像会扭曲变形,并且图形尺寸会超出工艺标准。晶圆的弯曲主要归因于晶圆在反应管中的快速加热/冷却。

 

工艺制程变异

在晶圆通过生产的各个工艺制程时,它会接收许多的掺杂、薄膜及光刻工艺制程,每一步都必须达到极其严格的物理特性和洁净度的要求。但是,即使是最成熟的工艺制程也存在不同晶圆之间、不同工艺运行之间,以及不同天之间的变化。当某个工艺制程超出它的制程界限时,在晶圆上或在晶圆的芯片中将产生不能允许的结果。

工艺工艺和工艺控制程序的目标不仅仅是保持每一个工艺操作字控制界限之内,更重要的是维持相应的工艺参数稳定不变的分布,例如时间、温度、压力及其他参数。用统计工艺控制技术监测这些工艺参数。

在整个晶圆生产流程中,设有许多用来发现有害变异的检查和测试,以及针对工艺标准的周期性设备的参数校准。这些检测一部分由生产部门人员来执行,一部分由质量控制部门来执行。然而,即使最佳的维护和监测工艺也会表现出一些变异。工艺工程和电路设计的挑战之一是要适应这些变异并仍能有功能器件。

缺陷

工艺制程缺陷:工艺制程缺陷被定义为晶圆表面受到污染或不规则的孤立区域。这些缺陷经常被称为点缺陷。在一个电路中,仅仅一个非常小的缺陷就可能致使整个电路失效。这样的缺陷被称为致命缺陷。遗憾的是,这些小的孤立缺陷不一定在晶圆生产过程中能够被检测出来。在晶圆电测时它们会以拒收芯片的形式表现出来。

这些缺陷主要来源于晶圆生产区域涉及的不同液体、气体、净化间空气、人员、工艺设备和水。颗粒和其他细小的污染物寄留在晶圆内部和表面。这些缺陷很多是在光刻工艺时造成的。我们知道光刻工艺需要使用一层很薄很脆弱的光刻胶层,以便在刻蚀工艺中保护晶圆表面。在光刻胶层中任何由微粒的空洞破裂将会导致晶圆表面细小的刻蚀洞。这些洞被称为针孔,是光刻工艺师关注的一个主要方面。因此,晶圆会被经常检查受污染程度,通常在每一个主要工艺步骤之后作此类检查。缺陷密度超出允许值的晶圆将被拒收。SIA的国际半导体技术路线图要求300mm晶圆表面每平方厘米0.68个是最大的缺陷密度。

 

光刻掩模版缺陷

光刻掩模版是电路图样的母版,在光刻工艺中被复制到晶圆表面。光刻掩膜版的缺陷会导致晶圆上的缺陷或电路图样的变形。一般有3种掩模版引起的缺陷。第一种是污染物,例如在掩模版透明部分上的灰尘或损伤。在进行光刻时,它们会将光线挡住,并且像图案中不透明部分一样在晶圆表面留下影像。第二种是石英板基中的裂痕。它们同样会挡住光刻光线和、或散射光线,导致错误图像和、或扭曲的图像。第三种是在掩模版制作过程中发生的图案变形。它们包括针孔或铬点、图案扩展或确实、图案断裂或相邻图案桥接。器件、电路的尺寸越小,密度越高,并且芯片尺寸越大,控制由掩模版产生的缺陷也就越重要。

 

晶圆电测良品率要素

完成晶圆生产过程后,晶圆被送到电测试机上。在测试过程中,每一个芯片将被按照器件的标准和功能性进行电学测试。每个电路会接受多达数百项的电学测试。在这些测试测量产品的电学性能的同时,它们也间接地衡量了晶圆生产工艺地精确性和洁净度。由于工艺制程固有地变异和无法检测地缺陷,晶圆可能在通过了所有制程中地检测后还有许多失效地芯片。

测试

晶圆电测是非常复杂地测试,很多因素会对良品率有影响。它们是:

  1. 晶圆直径;
  2. 芯片尺寸;
  3. 工艺制程步骤地数量;
  4. 电路密度;
  5. 缺陷密度;
  6. 晶圆晶体缺陷密度;
  7. 工艺制程周期。

 

下节小编将为大家接着介绍封装和终测。