集成电路制造工艺流程演示幻灯片.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,半导体制造工艺流程,1,半导体相关知识,本征材料：纯硅 9-10个9,250000.cm,N型硅：掺入V族元素-磷P、砷As、锑Sb,P型硅：掺入 III族元素镓Ga、硼B,PN结：,N,P,-,-,-,-,-,-,+,+,+,+,+,2,半导体元件制造过程可分为,前段（,Front End,）制程,晶圆处理制程（,Wafer Fabrication,；简称,Wafer Fab,）、,晶圆针测制程（,Wafer Probe,）；,後段（,Back End,）,构装（,Packaging,）、,测试制程（,Initial Test and Final Test,）,3,一、晶圆处理制程,晶圆处理制程之主要工作为在矽晶圆上制作电路与电子元件（如电晶体、电容体、逻辑闸等），为上述各制程中所需技术最复杂且资金投入最多的过程,，以微处理器（,Microprocessor,）为例，其所需处理步骤可达,数百道,，而其所需加工机台先进且昂贵，动辄数千万一台，其所需制造环境为为一温度、湿度与,含尘（,Particle,）均需控制的无尘室（,Clean-Room,），虽然详细的处理程序是随著产品种类与所使用的技术有关；不过其基本处理步骤通常是晶圆先经过适,当的清洗（,Cleaning,）之後，接著进行氧化（,Oxidation,）及沈积，最後进行微影、蚀刻及离子植入等反覆步骤，以完成晶圆上电路的加工与制作。,4,二、晶圆针测制程,经过,Wafer Fab,之制程後，晶圆上即形成一格格的小格,，我们称之为晶方或是晶粒（,Die,），在一般情形下，同一片晶圆上皆制作相同的晶片，但是也有可能在同一片晶圆,上制作不同规格的产品；这些晶圆必须通过晶片允收测试，晶粒将会一一经过针测（,Probe,）仪器以测试其电气特性，,而不合格的的晶粒将会被标上记号（,Ink Dot,），此程序即,称之为晶圆针测制程（,Wafer Probe,）。然後晶圆将依晶粒,为单位分割成一粒粒独立的晶粒,5,三、,IC,构装制程,IC,構裝製程（,Packaging,）：利用塑膠或陶瓷包裝晶粒與配線以成積體電路,目的：是為了製造出所生產的電路的保護層，避免電路受到機械性刮傷或是高溫破壞。,6,半导体制造工艺分类,PMOS型,双极型,MOS型,CMOS型,NMOS型,BiMOS,饱和型,非饱和型,TTL,I2L,ECL/CML,7,半导体制造工艺分类,一 双极型IC的基本制造工艺：,A 在元器件间要做电隔离区（PN结隔离、全介质隔离及PN结介质混合隔离）,ECL（不掺金）（非饱和型）、TTL/DTL（饱和型）、STTL（饱和型）B 在元器件间自然隔离,I,2,L（饱和型）,8,半导体制造工艺分类,二 MOSIC的基本制造工艺：,根据,栅工艺分类,A 铝栅工艺,B 硅 栅工艺,其他分类,1、（根据沟道）PMOS、NMOS、CMOS,2、（根据负载元件）E/R、E/E、E/D,9,半导体制造工艺分类,三 Bi-CMOS工艺：,A 以CMOS工艺为基础,P阱 N阱,B 以双极型工艺为基础,10,双极型集成电路和MOS集成电路优缺点,双极型集成电路,中等速度、驱动能力强、模拟精度高、功耗比较大,CMOS集成电路,低的静态功耗、宽的电源电压范围、宽的输出电压幅度（无阈值损失），具有高速度、高密度潜力；可与TTL电路兼容。电流驱动能力低,11,半导体制造环境要求,主要污染源：微尘颗粒、中金属离子、有机物残留物和钠离子等轻金属例子。,超净间：洁净等级主要由,微尘颗粒数/m,3,0.1um 0.2um 0.3um 0.5um 5.0um,I级 35 7.5 3 1 NA,10 级 350 75 30 10 NA,100级 NA 750 300 100 NA,1000级 NA NA NA 1000 7,12,半导体元件制造过程,前段（,Front End,）制程,-前工序,晶圆处理制程（,Wafer Fabrication,；简称,Wafer Fab,）,13,典型的PN结隔离的掺金TTL电路工艺流程,一次氧化,衬底制备,隐埋层扩散,外延淀积,热氧化,隔离光刻,隔离扩散,再氧化,基区扩散,再分布及氧化,发射区光刻,背面掺金,发射区扩散,反刻铝,接触孔光刻,铝淀积,隐埋层光刻,基区光刻,再分布及氧化,铝合金,淀积钝化层,中测,压焊块光刻,14,横向晶体管刨面图,C,B,E,N,P,PNP,P+,P+,P,P,15,纵向晶体管刨面图,C,B,E,N,P,C,B,E,N,P,N+,p+,NPN,PNP,16,NPN晶体管刨面图,AL,SiO,2,B,P,P+,P-SUB,N+,E,C,N+-BL,N-epi,P+,17,1.衬底选择,P型Si ,10.cm 111晶向,偏离2,O,5,O,晶圆（晶片）,晶圆（晶片）的生产由砂即（二氧化硅）开始，经由电弧炉的提炼还原成,冶炼级的硅，再经由盐酸氯化，产生三氯化硅，经蒸馏纯化后，透过慢速分,解过程，制成棒状或粒状的多晶硅。一般晶圆制造厂，将多晶硅融解,后，再利用硅晶种慢慢拉出单晶硅晶棒。一支,85,公分长，重,76.6,公斤的,8,寸,硅晶棒，约需,2,天半时间长成。经研磨、抛光、切片后，即成半导体之原料,晶圆片,18,第一次光刻,N+埋层扩散孔,1。减小集电极串联电阻,2。减小寄生PNP管的影响,SiO,2,P-SUB,N+-BL,要求：,1。杂质浓度大,2。高温时在Si中的扩散系数小，,以减小上推,3。与衬底晶格匹配好，以减小应力,涂胶烘烤-掩膜（曝光）-显影-坚膜蚀刻清洗,去膜-清洗N+扩散(P),19,外延层淀积,1。VPE（Vaporous phase epitaxy)气相外延生长硅,SiCl,4,+H,2,Si+HCl,2。氧化,TepiXjc+Xmc+TBL-up+tepi-ox,SiO,2,N+-BL,P-SUB,N-epi,N+-BL,20,第二次光刻,P+隔离扩散孔,在衬底上形成孤立的外延层岛,实现元件的隔离.,SiO,2,N+-BL,P-SUB,N-epi,N+-BL,N-epi,P+,P+,P+,涂胶烘烤-掩膜（曝光）-显影-坚膜蚀刻清洗,去膜-清洗P+扩散(B),21,第三次光刻,P型基区扩散孔,决定NPN管的基区扩散位置范围,SiO,2,N+-BL,P-SUB,N-epi,N+-BL,P+,P+,P+,P,P,去SiO2氧化-涂胶烘烤-掩膜（曝光）-显影-坚膜,蚀刻清洗去膜清洗基区扩散(B),22,第四次光刻,N+发射区扩散孔,集电极和N型电阻的接触孔,以及外延层的反偏孔。,AlN-Si 欧姆接触：N,D,10,19,cm,-3,，,SiO,2,N+-BL,P-SUB,N-epi,N+-BL,P+,P+,P+,P,P,N+,去SiO2氧化-涂胶烘烤-掩膜（曝光）-显影-坚膜,蚀刻清洗去膜清洗扩散,23,第五次光刻,引线接触孔,SiO,2,N+,N+-BL,P-SUB,N-epi,N+-BL,P+,P+,P+,P,P,N-epi,去SiO2氧化-涂胶烘烤-掩膜（曝光）-显影-坚膜,蚀刻清洗去膜清洗,24,第六次光刻,金属化内连线：反刻铝,SiO,2,AL,N+,N+-BL,P-SUB,N-epi,N+-BL,P+,P+,P+,P,P,N-epi,去SiO2氧化-涂胶烘烤-掩膜（曝光）-显影-坚膜,蚀刻清洗去膜清洗蒸铝,25,CMOS工艺集成电路,26,CMOS集成电路工艺-,以P阱硅栅CMOS为例,1。光刻I-阱区光刻，刻出阱区注入孔,N-Si,N-Si,SiO,2,27,CMOS集成电路工艺-,以P阱硅栅CMOS为例,2。阱区注入及推进，形成阱区,N-Si,P-,28,CMOS集成电路工艺-,以P阱硅栅CMOS为例,3。去除SiO,2，,长薄氧，长Si,3,N,4,N-Si,P-,Si,3,N,4,29,CMOS集成电路工艺-,以P阱硅栅CMOS为例,4。光II-有源区光刻,N-Si,P-,Si,3,N,4,30,CMOS集成电路工艺-,以P阱硅栅CMOS为例,5。光III-N管场区光刻，N管场区注入，以提高场开启，减少闩锁效应及改善阱的接触。,光刻胶,N-Si,P-,B+,31,CMOS集成电路工艺-,以P阱硅栅CMOS为例,6。光III-N管场区光刻，刻出N管场区注入孔；N管场区注入。,N-Si,P-,32,CMOS集成电路工艺-,以P阱硅栅CMOS为例,7。光-p管场区光刻，p管场区注入，调节PMOS管的开启电压，生长多晶硅。,N-Si,P-,B+,33,CMOS集成电路工艺-,以P阱硅栅CMOS为例,8。光-多晶硅光刻，形成多晶硅栅及多晶硅电阻,多晶硅,N-Si,P-,34,CMOS集成电路工艺-,以P阱硅栅CMOS为例,9。光I-P+区光刻，P+区注入。形成PMOS管的源、漏区及P+保护环。,N-Si,P-,B+,35,CMOS集成电路工艺-,以P阱硅栅CMOS为例,10。光-N管场区光刻，N管场区注入，形成NMOS的源、漏区及N+保护环。,光刻胶,N-Si,P-,As,36,CMOS集成电路工艺-,以P阱硅栅CMOS为例,11。长PSG（磷硅玻璃）。,PSG,N-Si,P+,P-,P+,N+,N+,37,CMOS集成电路工艺-,以P阱硅栅CMOS为例,12。光刻-引线孔光刻。,PSG,N-Si,P+,P-,P+,N+,N+,38,CMOS集成电路工艺-,以P阱硅栅CMOS为例,13。光刻-引线孔光刻（反刻AL）。,PSG,N-Si,P+,P-,P+,N+,N+,VDD,IN,OUT,P,N,S,D,D,S,39,集成电路中电阻1,AL,SiO,2,R+,P,P+,P-SUB,N+,R-,VCC,N+-BL,N-epi,P+,基区扩散电阻,40,集成电路中电阻2,SiO,2,R,N+,P+,P-SUB,R,N+-BL,N-epi,P+,发射区扩散电阻,41,集成电路中电阻3,基区沟道电阻,SiO,2,R,N+,P+,P-SUB,R,N+-BL,N-epi,P+,P,42,集成电路中电阻4,外延层电阻,SiO,2,R,P+,P-SUB,R,N-epi,P+,P,N+,43,集成电路中电阻5,MOS中多晶硅电阻,SiO,2,Si,多晶硅,氧化层,其它：MOS管电阻,44,集成电路中电容1,SiO,2,A-,P+,P-SUB,B+,N+-BL,N+E,P+,N,P+-I,A-,B+,Cjs,发射区扩散层隔离层隐埋层扩散层PN电容,45,集成电路中电容2,MOS电容,Al,SiO,2,AL,P+,P-SUB,N-epi,P+,N+,N+,46,微电子制造工艺,47,IC常用术语,圆片：硅片,芯片(Chip,Die)：,6,、8,：硅（园）片直径：1,25.4mm,6,150mm;,8,200mm;,12,300mm;,亚微米1m的设计规范,深亚微米 0,反型层 沟道,源（Source）S,漏（Drain）D,栅（Gate）G,栅氧化层厚度：,50埃1000埃（5nm100n,m）,V,T,阈值电压,电压控制,N沟MOS（NMOS）,P,型衬底，受主杂质；,栅上加正电压，表面吸引电子，反型，电子通道；,漏加正电压，电子从源区经,N,沟道到达漏区，器件开通,。,66,N衬底,p,+,p,+,漏,源,栅,栅氧化层,场氧化层,沟道,P沟MOS（PMOS）,G,D,S,V,T,V,GS,I,D,+,-,V,DS,0,N,型衬底，施主杂质，电子导电；,栅上加负电压，表面吸引空穴，反型，空穴通道；,漏加负电压，空穴从源区经,P,沟道到达漏区，器件开通,。,67,CMOS,CMOS,：,Complementary Symmetry Metal Oxide Semiconductor,互补对称金属氧化物半导体特点：低功耗,V,SS,V,DD,V,o,V,i,CMOS倒相器,PMOS,NMOS,I/O,I/O,V,DD,V,SS,C,C,CMOS传输门,68,N-Si,P,+,P,+,n,+,n,+,P-阱,D,D,V,o,V,G,V,SS,S,S,V,DD,CMOS倒相器截面图,CMOS倒相器版图,69,pwell,active,poly,N+implant,P+implant,omicontact,metal,A NMOS Example,70,pwell,Pwell,Active,Poly,N+implant,P+implant,Omicontact,Metal,71,Ntype Si,SiO,2,光刻胶,光,MASK Pwell,72,Ntype Si,SiO,2,光刻胶,光刻胶,MASK Pwell,73,Ntype Si,SiO,2,光刻胶,光刻胶,SiO,2,74,Ntype Si,SiO,2,SiO,2,Pwell,75,pwell,active,Pwell,Active,Poly,N+implant,P+implant,Omicontact,Metal,76,Ntype Si,SiO,2,Pwell,SiO,2,光刻胶,MASK active,MASK Active,Si,3,N,4,77,Ntype Si,SiO,2,Pwell,SiO,2,光刻胶,光刻胶,MASK active,MASK Active,Si,3,N,4,78,Ntype Si,SiO,2,Pwell,SiO,2,光刻胶,光刻胶,Si,3,N,4,79,Ntype Si,SiO,2,Pwell,SiO,2,场氧,场氧,场氧,Pwell,Si,3,N,4,80,Ntype Si,SiO,2,Pwell,场氧,场氧,场氧,Pwell,81,Ntype Si,SiO,2,Pwell,SiO,2,场氧,场氧,场氧,Pwell,poly,82,active,pwell,poly,Pwell,Active,Poly,N+implant,P+implant,Omicontact,Metal,83,Ntype Si,SiO,2,Pwell,SiO,2,MASK poly,场氧,场氧,场氧,Pwell,poly,光刻胶,84,Ntype Si,SiO,2,Pwell,SiO,2,MASK poly,场氧,场氧,场氧,Pwell,光刻胶,poly,85,Ntype Si,SiO,2,Pwell,SiO,2,场氧,场氧,场氧,Pwell,poly,86,Ntype Si,SiO,2,Pwell,SiO,2,场氧,场氧,场氧,Pwell,poly,87,active,pwell,poly,N+implant,Pwell,Active,Poly,N+implant,P+implant,Omicontact,Metal,88,Ntype Si,SiO,2,Pwell,SiO,2,MASK N+,场氧,场氧,场氧,Pwell,poly,光刻胶,89,Ntype Si,SiO,2,Pwell,SiO,2,场氧,场氧,场氧,Pwell,光刻胶,poly,N+implant,S/D,90,active,pwell,poly,P+implant,Pwell,Active,Poly,N+implant,P+implant,Omicontact,Metal,91,Ntype Si,SiO,2,Pwell,SiO,2,MASK N+,场氧,场氧,场氧,Pwell,poly,光刻胶,光,S/D,92,93,94,95,96,97,外延生长,98,隔离层扩散,99,基区扩散,100,发射极扩散,101,氧化,102,接触孔,103,金属层,104,定型金属层,105,