芯片制造工艺.pptx

IC产业链的分工产业链的分工设计设计制造制造封装封装目前微电子产业已逐渐演变为设计设计，制造制造和封装封装三个相对独立的产业。IC 制作http:/.tw0 IC制造技术制造技术1、晶片制备、晶片制备2、掩模板制备、掩模板制备3、晶片加工、晶片加工Initial oxSi substrateInitial oxSi substratePRDiff modulePHOTO moduleETCH moduleIni oxSi subPRThin film moduleIni oxSi subDiff,PHOTO,ETCH,T/FIC cross sectionWATWafer SortingChip Cutting初始晶片(primary wafer)BondingPackagingFinal TestIC 制造过制造过程程ICIC內部內部结构结构导电电路绝缘层硅底材元件结构內连导线架构FieldOxideFieldOxideSource/DrainRegionsGateOxideNPN双极型晶体管（三极管）双极型晶体管（三极管）第一块第一块ICMOS结构结构0.1 晶片制备晶片制备1、材料提纯（硅棒提纯）、材料提纯（硅棒提纯）2、晶体生长（晶棒制备）、晶体生长（晶棒制备）3、切割（切成晶片）、切割（切成晶片）4、研磨（机械磨片、化学机械抛光、研磨（机械磨片、化学机械抛光CMP）5、晶片评估（检查）、晶片评估（检查）0.1.1 材料提纯（硅棒提纯）材料提纯（硅棒提纯）提纯原理：盐水结冰后，冰中盐的含量较提纯原理：盐水结冰后，冰中盐的含量较低低=在在液态硅液态硅(熔区熔区)中中,杂质浓度杂质浓度大大些些提纯方法：区域精炼法提纯方法：区域精炼法液态液态物质降温到凝固点以下，有些原子物质降温到凝固点以下，有些原子/分子会趋于分子会趋于固体结构的排固体结构的排列，形成较小的核心（晶粒），列，形成较小的核心（晶粒），控制晶粒取向，可得到控制晶粒取向，可得到单晶单晶结构结构的半导体。的半导体。例如：例如：8晶片的晶棒重达晶片的晶棒重达200kg，需要，需要3天时间来生长天时间来生长0.1.2 晶棒生长晶棒生长直拉法直拉法0.1.3 切割（切成晶片）切割（切成晶片）锯切头尾锯切头尾检查定向性和电阻率等检查定向性和电阻率等切切割晶片割晶片晶片厚约晶片厚约50m0.2 掩模板制备掩模板制备特殊的石英玻璃上，涂敷一层能吸收紫外线的鉻层特殊的石英玻璃上，涂敷一层能吸收紫外线的鉻层（氧化鉻或氧化铁（氧化鉻或氧化铁），再用），再用光刻法光刻法制造制造光刻主要步骤光刻主要步骤1.涂胶涂胶2.曝光曝光3.显影显影4.显影蚀刻显影蚀刻光刻工艺光刻工艺 掩模板应用举例：光掩模板应用举例：光刻开窗刻开窗0.3 晶片加工晶片加工主要步骤：主要步骤：1.氧化氧化2.开窗开窗3.掺杂掺杂4.金属膜形成金属膜形成5.掺杂沉积掺杂沉积6.钝化钝化0.3.1 氧化氧化氧化膜（氧化膜（SiO2、SiNH）的作用：）的作用：1.保护保护：如，钝化层（密度高、非常硬）如，钝化层（密度高、非常硬）2.掺杂阻挡掺杂阻挡：阻挡扩散，实现选择性掺杂：阻挡扩散，实现选择性掺杂3.绝缘绝缘：如，隔离氧化层：如，隔离氧化层4.介质介质：电容介质、：电容介质、MOS的绝缘栅的绝缘栅5.晶片不变形晶片不变形：与：与Si晶片的热膨胀系数很晶片的热膨胀系数很接近，在高温氧化、掺杂、扩散等公益接近，在高温氧化、掺杂、扩散等公益中，晶片不会因热胀冷缩而产生弯曲中，晶片不会因热胀冷缩而产生弯曲氧化氧化氧化方法：氧化方法：溅射法、真空蒸发法、溅射法、真空蒸发法、CVD、热氧化热氧化法等法等例：例：干氧化法：干氧化法：Si+O2=SiO2（均匀性好）（均匀性好）湿氧化法：湿氧化法：Si+O2=SiO2 （生长速度快）（生长速度快）Si+2H2O=SiO2+H20.3.2 开窗开窗0.3.3 掺杂（扩散）掺杂（扩散）扩散原理扩散原理1.杂质原子在杂质原子在高温高温（1000-1200度）下从硅晶片表面的度）下从硅晶片表面的高高浓度区浓度区向衬底内部的向衬底内部的低浓度区低浓度区逐渐逐渐扩散扩散。2.扩散浓度与温度有关：扩散浓度与温度有关：（1000-1200度扩散快）度扩散快）0.3.4 扩散扩散扩散步骤：扩散步骤：1、预扩散（淀积）、预扩散（淀积）恒定表面源恒定表面源扩散（扩散过程中，硅片的扩散（扩散过程中，硅片的表面杂质表面杂质浓度不变浓度不变），温度低，时间短，扩散浅：控），温度低，时间短，扩散浅：控制扩散杂质的数量。制扩散杂质的数量。2、主扩散、主扩散有限表面源有限表面源扩散（扩散过程中，硅片的扩散（扩散过程中，硅片的表面杂质表面杂质源不补充源不补充），温度高，时间长，扩散深：控），温度高，时间长，扩散深：控制扩散杂质的表面浓度和扩散深度、或暴露制扩散杂质的表面浓度和扩散深度、或暴露表面的氧化。表面的氧化。扩散扩散扩散分类及设备：扩散分类及设备：按照杂质在室温下的形态分为按照杂质在室温下的形态分为：液态源液态源扩散、扩散、气态源气态源扩散、扩散、固态源固态源扩散扩散0.3.5 薄膜淀积、金属化薄膜淀积、金属化薄膜：一般指，厚度小于薄膜：一般指，厚度小于1um薄膜淀积薄膜淀积技术：形成绝缘薄膜、半导体技术：形成绝缘薄膜、半导体薄膜、金属薄膜等薄膜、金属薄膜等金属化金属化、多层互连：将大量相互隔离、多层互连：将大量相互隔离、互不连接的半导体器件（如晶体管）连互不连接的半导体器件（如晶体管）连接起来，构成一个完整的集成块电路接起来，构成一个完整的集成块电路0.3.5.1 薄膜淀积薄膜淀积薄膜：小于薄膜：小于1um，要求：厚度均匀、高，要求：厚度均匀、高纯度、可控组分、台阶覆盖好、附着性纯度、可控组分台阶覆盖好、附着性好、电学性能好好、电学性能好薄膜淀积方法：薄膜淀积方法：1、物理气相淀积（、物理气相淀积（PVD）2、化学气相淀积（、化学气相淀积（CVD：APCVD、LPCVD、PECVD）薄膜淀积薄膜淀积物理气相淀积（物理气相淀积（PVD）PVD：利用某种：利用某种物理过程物理过程，例如蒸发或，例如蒸发或 溅溅射现象，实现射现象，实现物质转移物质转移，即原子或分子，即原子或分子从原料表面逸出，形成粒子射入到硅片从原料表面逸出，形成粒子射入到硅片表面，凝结形成固态薄膜。表面，凝结形成固态薄膜。1、真空蒸发真空蒸发PVD2、溅射溅射PVD真空蒸发真空蒸发PVD溅射溅射PVD溅射镀铝膜溅射镀铝膜薄膜淀积薄膜淀积化学气相淀积（化学气相淀积（CVD）CVD：利用含有薄膜元素的：利用含有薄膜元素的反应剂反应剂在衬底在衬底表面发生表面发生化学反应化学反应，从而在衬底表面，从而在衬底表面淀淀积积薄膜。薄膜。常用方法：常用方法：1、外延生长、外延生长2、热热CVD（包括：常压（包括：常压CVD=APCVD、低压低压CVD=HPCVD）3、等离子、等离子CVD（=PECVD）CVD原理示意图原理示意图0.3.5.2 金属化、多层互连金属化、多层互连金属化、多层互连：将大量相互隔离、金属化、多层互连：将大量相互隔离、互不连接的半导体器件（如晶体管）连互不连接的半导体器件（如晶体管）连接起来，构成一个完整的集成块电路接起来，构成一个完整的集成块电路多层互连工艺流程多层互连工艺流程互连：介质淀积、平坦化、刻孔、再金属化互连：介质淀积、平坦化、刻孔、再金属化最后：钝化层最后：钝化层