集成电路的制造工艺流程..ppt

半导体制造工艺流程,半导体相关知识,本征材料：纯硅9-10个9250000.cmN型硅：掺入V族元素-磷P、砷As、锑SbP型硅：掺入III族元素镓Ga、硼BPN结：,N,P,-,-,-,-,-,-,+,+,+,+,+,半导体元件制造过程可分为,前段（FrontEnd）制程晶圆处理制程（WaferFabrication；简称WaferFab）、晶圆针测制程（WaferProbe）；後段（BackEnd）构装（Packaging）、测试制程（InitialTestandFinalTest）,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。,二、晶圆针测制程,经过WaferFab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（InkDot），此程序即称之为晶圆针测制程（WaferProbe）。然後晶圆将依晶粒为单位分割成一粒粒独立的晶粒,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。,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,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I2L（饱和型）,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、CMOS2、（根据负载元件）E/R、E/E、E/D,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,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,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/m3,0.1um0.2um0.3um0.5um5.0umI级357.531NA10级350753010NA100级NA750300100NA1000级NANANA10007,半导体元件制造过程,前段（FrontEnd）制程-前工序晶圆处理制程（WaferFabrication；简称WaferFab）,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,横向晶体管刨面图,纵向晶体管刨面图,NPN晶体管刨面图,1.衬底选择,P型Si10.cm111晶向,偏离2O5O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,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,SiO2,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),外延层淀积,1。VPE（Vaporousphaseepitaxy)气相外延生长硅SiCl4+H2Si+HCl2。氧化TepiXjc+Xmc+TBL-up+tepi-ox,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.,SiO2,涂胶烘烤-掩膜（曝光）-显影-坚膜蚀刻清洗去膜-清洗P+扩散(B),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,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),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：ND1019cm-3，,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,第五次光刻引线接触孔,去SiO2氧化-涂胶烘烤-掩膜（曝光）-显影-坚膜蚀刻清洗去膜清洗,第六次光刻金属化内连线：反刻铝,SiO2,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,CMOS工艺集成电路,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,SiO2,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-,CMOS集成电路工艺-以P阱硅栅CMOS为例,3。去除SiO2，长薄氧，长Si3N4,N-Si,P-,Si3N4,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-,Si3N4,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,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。,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。,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,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。,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。,CMOS集成电路工艺-以P阱硅栅CMOS为例,11。长PSG（磷硅玻璃）。,CMOS集成电路工艺-以P阱硅栅CMOS为例,12。光刻-引线孔光刻。,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）。,集成电路中电阻1,基区扩散电阻,集成电路中电阻2,发射区扩散电阻,集成电路中电阻3,基区沟道电阻,集成电路中电阻4,外延层电阻,集成电路中电阻5,MOS中多晶硅电阻,其它：MOS管电阻,集成电路中电容1,发射区扩散层隔离层隐埋层扩散层PN电容,集成电路中电容2,MOS电容,微电子制造工艺,IC常用术语,圆片：硅片芯片(Chip,Die)：6、8：硅（园）片直径：125.4mm6150mm;8200mm;12300mm;亚微米1m的设计规范深亚微米=0.5m的设计规范0.5m、0.35m设计规范（最小特征尺寸）布线层数：金属（掺杂多晶硅）连线的层数。集成度：每个芯片上集成的晶体管数,IC工艺常用术语,净化级别：Class1,Class10,Class10,000每立方米空气中含灰尘的个数去离子水氧化扩散注入光刻.,生产工厂简介,PSI,FabTwowascompletedJanuary2,1996andisaStateoftheArtfacility.This2,200squarefootfacilitywasconstructedusingallthelatestmaterialsandtechnologies.Inthissetofcleanroomswechangetheair390timesperhour,ifyoudothemathwithULPAfiltrationthisisaClassOnefacility.WehavehadittestedanditdoesmeetClassOneparameters(withoutanypeopleworkinginit).Sincewearenotmakingmicroprocessorshereandwedontwanttowearspacesuits,werunitasaclass10fab.EventhoughitconsistentlyrunswellbelowClassTen.,一级净化厂房,HereintheFabTwoPhotolithographyareaweseeoneofour200mm.35micronI-LineSteppers.thissteppercanimageandalignboth6&8inchwafers.,光刻区域,亚微米级光刻机,AnotherviewofoneoftheFabTwoPhotolithographyareas.,Hereweseeatechnicianloading300mmwafersintotheSemiTool.Thewafersareina13waferTefloncassetteco-designedbyProcessSpecialtiesandSemiToolin1995.Againthesearetheworldsfirst300mmwetprocesscassettes(thatcanbespinrinsedried).,花篮,AswelookinthiswindowweseetheWorldsFirsttrue300mmproductionfurnace.Ourdevelopmentanddesignofthistoolbeganin1992,itwasinstalledinDecemberof1995andbecamefullyoperationalinJanuaryof1996.,熔炉,Herewecanseetheloadingof300mmwafersontothePaddle.,ProcessSpecialtieshasdevelopedtheworldsfirstproduction300mmNitridesystem!Webeganprocessing300mmLPCVDSiliconNitrideinMayof1997.,2,500additionalsquarefeetofStateoftheArtClassOneCleanroomiscurrentlyprocessingwafers!Withincreased300mm&200mmprocessingcapabilitiesincludingmorePVDMetalization,300mmWetprocessing/Cleaningcapabilitiesandfullwafer300mm.35umPhotolithography,allinaClassOneenviroment.,净化厂房,CurrentlyourPS300AandPS300Bdiffusiontoolsarecapableofrunningboth200mm&300mmwafers.Wecanevenprocessthetwosizesinthesamefurnaceloadwithoutsufferinganyuniformityproblems!(ThermalOxideOnly),扩散,AccuracyinmetrologyisneveranissueatProcessSpecialties.Weusethemostadvancedroboticlaserellipsometersandothercalibratedtoolsforprecisionthinfilm,resistivity,CDandstepheightmeasurement.IncludingournewNanometrics8300fullwafer300mmthinfilmmeasurementandmappingtool.WealsouseoutsidelaboratoriesandourexcellentworkingrelationshipswithourMetrologytoolcustomers,foradditionalcorrelationandcalibration.,光刻间,OneoftwoSEMLabslocatedinourfacility.InthisoneweareusingafieldemissiontoolforeverythingfromlookingatphotoresistprofilesandmeasuringCDstodoublecheckingmetaldepositionthicknesses.Atthehelm,anotheroneofourprocessengineersyoumayhavespokenwithMarkHinkle.,检测,HerewearelookingattheIncomingmaterialdispositionracks,材料间,AboveyouarelookingatacoupleofviewsofthefacilitiesonthewestsideofFabOne.Hereyoucanseeoneofour18.5Meg/OhmDIwatersystemsandoneoffour10,000CFMairsystemsfeedingthisfab(leftpicture),aswellasoneofourwasteairscrubberunits(rightpicture).Bothareinsidethebuildingforeasiermaintenance,longerlifeandbettercontrol.,集成电路（IntegratedCircuit,IC）：半导体IC，膜IC，混合IC半导体IC：指用半导体工艺把电路中的有源器件、无源元件及互联布线等以相互不可分离的状态制作在半导体上，最后封装在一个管壳内，构成一个完整的、具有特定功能的电路。,半导体IC,双极IC,MOSIC,BiCMOS,PMOSIC,CMOSIC,NMOSIC,MOSIC及工艺,MOSFETMetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor.金属氧化物半导体场效应晶体管,Si,金属,氧化物（绝缘层、SiO2）,半导体,MOS(MIS)结构,栅氧化层厚度：50埃1000埃（5nm100nm）VT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。,N衬底,p+,p+,漏,源,栅,栅氧化层,场氧化层,沟道,P沟MOS（PMOS）,VT,VGS,ID,+,-,VDS0,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。,CMOS,CMOS：ComplementarySymmetryMetalOxideSemiconductor互补对称金属氧化物半导体特点：低功耗,VSS,VDD,Vo,Vi,CMOS倒相器,PMOS,NMOS,I/O,I/O,VDD,VSS,C,C,CMOS传输门,N-Si,P+,P+,n+,n+,P-阱,D,D,Vo,VG,VSS,S,S,VDD,CMOS倒相器截面图,CMOS倒相器版图,ANMOSExample,pwell,PwellActivePolyN+implantP+implantOmicontactMetal,NtypeSi,SiO2,光刻胶,MASKPwell,NtypeSi,SiO2,光刻胶,光刻胶,MASKPwell,NtypeSi,SiO2,光刻胶,光刻胶,SiO2,NtypeSi,SiO2,SiO2,Pwell,pwell,PwellActivePolyN+implantP+implantOmicontactMetal,NtypeSi,SiO2,Pwell,SiO2,光刻胶,MASKactive,MASKActive,Si3N4,NtypeSi,SiO2,Pwell,SiO2,光刻胶,光刻胶,MASK