集成電路的制造工藝流程..PPT

1、1半導(dǎo)體制造工藝流程2半導(dǎo)體相關(guān)知識(shí)半導(dǎo)體相關(guān)知識(shí) 本征材料：純硅 9-10個(gè)9 250000.cm N型硅： 摻入V族元素-磷P、砷As、銻Sb P型硅： 摻入 III族元素鎵Ga、硼B(yǎng) PN結(jié)：NP-+3半導(dǎo)體元件制造過程可分為半導(dǎo)體元件制造過程可分為 前段（前段（Front End）制程）制程 晶圓處理制程（晶圓處理制程（Wafer Fabrication；簡(jiǎn)稱；簡(jiǎn)稱 Wafer Fab）、）、 晶圓針測(cè)制程（晶圓針測(cè)制程（Wafer Probe）；）； 後段（後段（Back End） 構(gòu)裝（構(gòu)裝（Packaging）、）、測(cè)試制程（測(cè)試制程（Initial Test and Final

2、 Test）4一、晶圓處理制程一、晶圓處理制程 晶圓處理制程之主要工作為在矽晶圓上制作電路與電子元件（如電晶體、電容體、邏輯閘等），為上述各制程中所需技術(shù)最復(fù)雜且資金投入最多的過程 ，以微處理器（Microprocessor）為例，其所需處理步驟可達(dá)數(shù)百道，而其所需加工機(jī)臺(tái)先進(jìn)且昂貴，動(dòng)輒數(shù)千萬一臺(tái)，其所需制造環(huán)境為為一溫度、濕度與 含塵（Particle）均需控制的無塵室（Clean-Room），雖然詳細(xì)的處理程序是隨著產(chǎn)品種類與所使用的技術(shù)有關(guān)；不過其基本處理步驟通常是晶圓先經(jīng)過適 當(dāng)?shù)那逑矗–leaning）之後，接著進(jìn)行氧化（Oxidation）及沈積，最後進(jìn)行微影、蝕刻及離子植入等反

3、覆步驟，以完成晶圓上電路的加工與制作。5二、晶圓針測(cè)制程二、晶圓針測(cè)制程 經(jīng)過Wafer Fab之制程後，晶圓上即形成一格格的小格 ，我們稱之為晶方或是晶粒（Die），在一般情形下，同一片晶圓上皆制作相同的晶片，但是也有可能在同一片晶圓 上制作不同規(guī)格的產(chǎn)品；這些晶圓必須通過晶片允收測(cè)試，晶粒將會(huì)一一經(jīng)過針測(cè)（Probe）儀器以測(cè)試其電氣特性， 而不合格的的晶粒將會(huì)被標(biāo)上記號(hào)（Ink Dot），此程序即 稱之為晶圓針測(cè)制程（Wafer Probe）。然後晶圓將依晶粒 為單位分割成一粒粒獨(dú)立的晶粒 6三、三、IC構(gòu)裝制程構(gòu)裝制程 IC構(gòu)裝製程（Packaging）：利用塑膠或陶瓷包裝晶粒與配線以

4、成積體電路 目的：是為了製造出所生產(chǎn)的電路的保護(hù)層，避免電路受到機(jī)械性刮傷或是高溫破壞。7半導(dǎo)體制造工藝分類PMOS型雙極型MOS型CMOS型NMOS型BiMOS飽和型非飽和型TTLI2LECL/CML8半導(dǎo)體制造工藝分類 一 雙極型IC的基本制造工藝： A 在元器件間要做電隔離區(qū)（PN結(jié)隔離、全介質(zhì)隔離及PN結(jié)介質(zhì)混合隔離） ECL（不摻金） （非飽和型） 、TTL/DTL （飽和型） 、STTL （飽和型） B 在元器件間自然隔離 I2L（飽和型）9半導(dǎo)體制造工藝分類 二 MOSIC的基本制造工藝： 根據(jù)柵工藝分類 A 鋁柵工藝 B 硅 柵工藝 其他分類1 、（根據(jù)溝道） PMOS、NMO

5、S、CMOS2 、（根據(jù)負(fù)載元件）E/R、E/E、E/D 10半導(dǎo)體制造工藝分類 三 Bi-CMOS工藝： A 以CMOS工藝為基礎(chǔ) P阱 N阱 B 以雙極型工藝為基礎(chǔ)11雙極型集成電路和MOS集成電路優(yōu)缺點(diǎn)雙極型集成電路中等速度、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)、模擬精度高、功耗比較大CMOS集成電路低的靜態(tài)功耗、寬的電源電壓范圍、寬的輸出電壓幅度（無閾值損失），具有高速度、高密度潛力；可與TTL電路兼容。電流驅(qū)動(dòng)能力低12半導(dǎo)體制造環(huán)境要求 主要污染源：微塵顆粒、中金屬離子、有機(jī)物殘留物和鈉離子等輕金屬例子。 超凈間：潔凈等級(jí)主要由 微塵顆粒數(shù)/m3 0.1um 0.2um 0.3um 0.5um 5.0umI

6、級(jí) 35 7.5 3 1 NA10 級(jí) 350 75 30 10 NA100級(jí) NA 750 300 100 NA1000級(jí) NA NA NA 1000 713半導(dǎo)體元件制造過程半導(dǎo)體元件制造過程前段（前段（Front End）制程）制程-前工序 晶圓處理制程（晶圓處理制程（Wafer Fabrication；簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱 Wafer Fab）14典型的PN結(jié)隔離的摻金TTL電路工藝流程一次氧化襯底制備隱埋層擴(kuò)散外延淀積熱氧化隔離光刻隔離擴(kuò)散再氧化基區(qū)擴(kuò)散再分布及氧化發(fā)射區(qū)光刻背面摻金發(fā)射區(qū)擴(kuò)散反刻鋁接觸孔光刻鋁淀積隱埋層光刻基區(qū)光刻再分布及氧化鋁合金淀積鈍化層中測(cè)壓焊塊光刻15橫向晶體管刨面圖C

7、BENPPNPP+P+PP16縱向晶體管刨面圖CBENPCBENPN+p+NPNPNP17NPN晶體管刨面圖ALSiO2BPP+P-SUBN+ECN+-BLN-epiP+181.襯底選擇P型Si 10.cm 111晶向,偏離2O5O晶圓（晶片） 晶圓（晶片）的生產(chǎn)由砂即（二氧化硅）開始，經(jīng)由電弧爐的提煉還原成 冶煉級(jí)的硅，再經(jīng)由鹽酸氯化，產(chǎn)生三氯化硅，經(jīng)蒸餾純化后，透過慢速分 解過程，制成棒狀或粒狀的多晶硅。一般晶圓制造廠，將多晶硅融解 后，再利用硅晶種慢慢拉出單晶硅晶棒。一支85公分長(zhǎng)，重76.6公斤的 8寸 硅晶棒，約需 2天半時(shí)間長(zhǎng)成。經(jīng)研磨、拋光、切片后，即成半導(dǎo)體之原料 晶圓片19第

8、一次光刻N(yùn)+埋層擴(kuò)散孔 1。減小集電極串聯(lián)電阻 2。減小寄生PNP管的影響SiO2P-SUBN+-BL要求：1。 雜質(zhì)濃度大2。高溫時(shí)在Si中的擴(kuò)散系數(shù)小，以減小上推3。 與襯底晶格匹配好，以減小應(yīng)力涂膠烘烤-掩膜（曝光）-顯影-堅(jiān)膜蝕刻清洗去膜-清洗N+擴(kuò)散(P)20外延層淀積1。VPE（Vaporous phase epitaxy) 氣相外延生長(zhǎng)硅SiCl4+H2Si+HCl2。氧化TepiXjc+Xmc+TBL-up+tepi-oxSiO2N+-BLP-SUBN-epiN+-BL21第二次光刻P+隔離擴(kuò)散孔 在襯底上形成孤立的外延層島,實(shí)現(xiàn)元件的隔離.SiO2N+-BLP-SUBN-ep

9、iN+-BLN-epiP+P+P+涂膠烘烤-掩膜（曝光）-顯影-堅(jiān)膜蝕刻清洗去膜-清洗P+擴(kuò)散(B)22第三次光刻P型基區(qū)擴(kuò)散孔決定NPN管的基區(qū)擴(kuò)散位置范圍SiO2N+-BLP-SUBN-epiN+-BLP+P+P+PP去SiO2氧化-涂膠烘烤-掩膜（曝光）-顯影-堅(jiān)膜蝕刻清洗去膜清洗基區(qū)擴(kuò)散(B)23第四次光刻N(yùn)+發(fā)射區(qū)擴(kuò)散孔 集電極和N型電阻的接觸孔,以及外延層的反偏孔。 AlN-Si 歐姆接觸：ND1019cm-3，SiO2N+-BLP-SUBN-epiN+-BLP+P+P+PPN+去SiO2氧化-涂膠烘烤-掩膜（曝光）-顯影-堅(jiān)膜蝕刻清洗去膜清洗擴(kuò)散24第五次光刻引線接觸孔 SiO2

10、N+N+-BLP-SUBN-epiN+-BLP+P+P+PPN-epi去SiO2氧化-涂膠烘烤-掩膜（曝光）-顯影-堅(jiān)膜蝕刻清洗去膜清洗25第六次光刻金屬化內(nèi)連線：反刻鋁 SiO2ALN+N+-BLP-SUBN-epiN+-BLP+P+P+PPN-epi去SiO2氧化-涂膠烘烤-掩膜（曝光）-顯影-堅(jiān)膜蝕刻清洗去膜清洗蒸鋁26CMOS工藝集成電路27CMOS集成電路工藝-以P阱硅柵CMOS為例 1。光刻I-阱區(qū)光刻，刻出阱區(qū)注入孔 N-SiN-SiSiO228CMOS集成電路工藝-以P阱硅柵CMOS為例 2。阱區(qū)注入及推進(jìn)，形成阱區(qū)N-SiP-29CMOS集成電路工藝-以P阱硅柵CMOS為例

11、3。去除SiO2，長(zhǎng)薄氧，長(zhǎng)Si3N4N-SiP-Si3N430CMOS集成電路工藝-以P阱硅柵CMOS為例 4。光II-有源區(qū)光刻N(yùn)-SiP-Si3N431CMOS集成電路工藝-以P阱硅柵CMOS為例 5。光III-N管場(chǎng)區(qū)光刻，N管場(chǎng)區(qū)注入，以提高場(chǎng)開啟，減少閂鎖效應(yīng)及改善阱的接觸。光刻膠N-SiP-B+32CMOS集成電路工藝-以P阱硅柵CMOS為例 6。光III-N管場(chǎng)區(qū)光刻，刻出N管場(chǎng)區(qū)注入孔； N管場(chǎng)區(qū)注入。N-SiP-33CMOS集成電路工藝-以P阱硅柵CMOS為例 7。光-p管場(chǎng)區(qū)光刻，p管場(chǎng)區(qū)注入， 調(diào)節(jié)PMOS管的開啟電壓，生長(zhǎng)多晶硅。N-SiP-B+34CMOS集成電路工

12、藝-以P阱硅柵CMOS為例 8。光-多晶硅光刻，形成多晶硅柵及多晶硅電阻多晶硅N-SiP-35CMOS集成電路工藝-以P阱硅柵CMOS為例 9。光I-P+區(qū)光刻，P+區(qū)注入。形成PMOS管的源、漏區(qū)及P+保護(hù)環(huán)。N-SiP-B+36CMOS集成電路工藝-以P阱硅柵CMOS為例 10。光-N管場(chǎng)區(qū)光刻，N管場(chǎng)區(qū)注入，形成NMOS的源、漏區(qū)及N+保護(hù)環(huán)。光刻膠N-SiP-As37CMOS集成電路工藝-以P阱硅柵CMOS為例 11。長(zhǎng)PSG（磷硅玻璃）。PSGN-SiP+P-P+N+N+38CMOS集成電路工藝-以P阱硅柵CMOS為例 12。光刻-引線孔光刻。PSGN-SiP+P-P+N+N+39C

13、MOS集成電路工藝-以P阱硅柵CMOS為例 13。光刻-引線孔光刻（反刻AL）。PSGN-SiP+P-P+N+ N+VDDINOUTPNSDDS40集成電路中電阻1ALSiO2R+PP+P-SUBN+R-VCCN+-BLN-epiP+基區(qū)擴(kuò)散電阻41集成電路中電阻2SiO2RN+P+P-SUBRN+-BLN-epiP+發(fā)射區(qū)擴(kuò)散電阻42集成電路中電阻3基區(qū)溝道電阻SiO2RN+P+P-SUBRN+-BLN-epiP+P43集成電路中電阻4外延層電阻SiO2RP+P-SUBRN-epiP+PN+44集成電路中電阻5MOS中多晶硅電阻SiO2Si多晶硅氧化層其它：MOS管電阻45集成電路中電容1S

14、iO2A-P+P-SUBB+N+-BLN+EP+NP+-IA-B+Cjs發(fā)射區(qū)擴(kuò)散層隔離層隱埋層擴(kuò)散層PN電容46集成電路中電容2MOS電容AlSiO2ALP+P-SUBN-epiP+N+N+47微電子制造工藝48IC常用術(shù)語 圓片：硅片芯片(Chip, Die)：6、8 ：硅（園）片直徑：1 25.4mm6150mm; 8200mm; 12300mm; 亞微米1m的設(shè)計(jì)規(guī)范深亞微米 0反型層 溝道源（Source）S漏（Drain）D柵（Gate）G柵氧化層厚度：50埃1000埃（5nm100nm）VT閾值電壓電壓控制N N溝溝MOSMOS（NMOSNMOS） P型襯底，受主雜質(zhì)； 柵上加正

15、電壓，表面吸引電子，反型，電子通道； 漏加正電壓，電子從源區(qū)經(jīng)N溝道到達(dá)漏區(qū)，器件開通。67N襯底p+p+漏源柵柵氧化層場(chǎng)氧化層溝道P P溝溝MOSMOS（PMOSPMOS）GDSVTVGSID+-VDS 0 N型襯底，施主雜質(zhì)，電子導(dǎo)電； 柵上加負(fù)電壓，表面吸引空穴，反型，空穴通道； 漏加負(fù)電壓，空穴從源區(qū)經(jīng)P溝道到達(dá)漏區(qū)，器件開通。68CMOS CMOS：Complementary Symmetry Metal Oxide Semiconductor 互補(bǔ)對(duì)稱金屬氧化物半導(dǎo)體特點(diǎn)：低功耗VSSVDDVoViCMOS倒相器PMOSNMOSI/OI/OVDDVSSCCCMOS傳輸門69N-Si

16、P+P+n+n+P-阱DDVoVGVSSSSVDDCMOS倒相器截面圖CMOS倒相器版圖70pwellactivepolyN+ implantP+ implantomicontactmetalA NMOS Example71pwellPwellActivePolyN+ implantP+ implantOmicontactMetal72Ntype SiSiO2光刻膠光刻膠光光MASK Pwell73Ntype SiSiO2光刻膠光刻膠光刻膠光刻膠MASK Pwell74Ntype SiSiO2光刻膠光刻膠光刻膠光刻膠SiO275Ntype SiSiO2SiO2Pwell76pwellactiv

17、ePwellActivePolyN+ implantP+ implantOmicontactMetal77Ntype SiSiO2PwellSiO2光刻膠光刻膠MASK activeMASK ActiveSi3N478Ntype SiSiO2PwellSiO2光刻膠光刻膠光刻膠光刻膠MASK activeMASK ActiveSi3N479Ntype SiSiO2PwellSiO2光刻膠光刻膠光刻膠光刻膠Si3N480Ntype SiSiO2PwellSiO2場(chǎng)氧場(chǎng)氧場(chǎng)氧場(chǎng)氧場(chǎng)氧場(chǎng)氧PwellSi3N481Ntype SiSiO2Pwell場(chǎng)氧場(chǎng)氧場(chǎng)氧場(chǎng)氧場(chǎng)氧場(chǎng)氧Pwell82Ntype Si

18、SiO2PwellSiO2場(chǎng)氧場(chǎng)氧場(chǎng)氧場(chǎng)氧場(chǎng)氧場(chǎng)氧Pwellpoly83activepwellpolyPwellActivePolyN+ implantP+ implantOmicontactMetal84Ntype SiSiO2PwellSiO2MASK poly場(chǎng)氧場(chǎng)氧場(chǎng)氧場(chǎng)氧場(chǎng)氧場(chǎng)氧Pwellpoly光刻膠光刻膠85Ntype SiSiO2PwellSiO2MASK poly場(chǎng)氧場(chǎng)氧場(chǎng)氧場(chǎng)氧場(chǎng)氧場(chǎng)氧Pwell光刻膠光刻膠poly86Ntype SiSiO2PwellSiO2場(chǎng)氧場(chǎng)氧場(chǎng)氧場(chǎng)氧場(chǎng)氧場(chǎng)氧Pwellpoly87Ntype SiSiO2PwellSiO2場(chǎng)氧場(chǎng)氧場(chǎng)氧場(chǎng)氧場(chǎng)氧場(chǎng)氧Pwellpoly88activepwellpolyN+ implantPwellActivePolyN+ implantP+ implantOmicontactMetal89Ntype SiSiO2PwellSiO2MASK N+場(chǎng)氧