集成电路制造工艺流程

集成电路制造工艺流程5/5集成电路制造工艺流程1.晶片制造(晶体生长-切片-边缘研磨-抛光-包装-运输)晶体成长晶体生长需要高精度自动拉晶系统。应时矿用电弧炉精炼，用盐酸氯化，蒸馏生产纯度高达0.999999999的高纯多晶硅。将应时矿石精炼得到的多晶硅加入少量的电活性“掺杂剂”，如砷、硼、磷或锑，放入高温炉中熔化。在多晶硅块和掺杂剂熔化后，使用长晶体电缆作为籽晶，并将其插入熔化的多晶硅中直到底部。然后，慢慢旋转并拉出电缆。最后，将其冷却并结晶以形成圆柱形单晶硅晶体棒，即硅棒。这个过程被称为“晶体生长”。硅棒一般有3英尺长，直径有6英寸、8英寸、12英寸和其他不同的尺寸。经过研磨、抛光和切片，硅晶体棒成为制造集成电路的基本原料晶片。切片)/磨边)/表面抛光切片是使用特殊的内部圆形刀片将硅棒切割成具有精确几何尺寸的薄片。然后，晶片的表面和边缘被抛光、研磨和清洁，并且新切割的晶片的尖锐边缘被磨圆以去除粗糙的划痕和杂质，从而获得几乎完美的硅晶片。包装)/运输晶圆制造完成后，需要专业设备来包装和运输这些近乎完美的硅片。晶片运输载体可以为半导体制造商提供快速、一致和可靠的晶片拾取和放置，并提高生产率。2.沉淀物外延沉积在晶片使用期间，外延层是沉积在半导体晶片上的第一层。大多数现代外延生长沉积使用低压化学气相沉积(LPCVD)方法在硅底层上生长硅薄膜。外延层由超纯硅形成，并用作缓冲层以防止有害杂质进入硅衬底。过去，双极工艺通常需要外延层，并且不使用CMOS技术。因为外延层可以使具有少量缺陷的晶片被使用，所以将来它们可以更多地用于300毫米的晶片。9.晶圆检验晶片制造过程中的许多步骤需要对晶片进行污染粒子检查。例如裸晶片检查、设备监控(使用工艺设备来控制沉积在晶片上的颗粒尺寸)以及化学机械抛光、化学气相沉积和离子注入之后的检查，通常这种检查在晶片应用之前或光刻胶层曝光之前被称为无图案检查。2.沉淀物化学汽相淀积化学气相沉积是一种通过分解气体分子在晶片表面沉积混合物的技术。化学气相沉积产生许多非等离子体热中间体。一个共同的方面是这些中间体或前体都是气体。有许多化学气相沉积技术，如热化学气相沉积、等离子体化学气相沉积、非等离子体化学气相沉积、大气化学气相沉积、LPCVD、高密度等离子体化学气相沉积、低密度等离子体化学气相沉积、等离子体化学气相沉积等。应用于半导体制造的不同方面。3.影印石版术光刻是在晶片上印刷芯片电路图案的过程，并且是集成电路制造中最关键的步骤，在整个芯片制造过程中约占总制造成本的35%。根据摩尔定律，光刻也是决定集成电路发展的一个重要原因。没有光刻技术的进步，集成电路不可能从微米级进入深亚微米级，然后进入纳米时代。光刻工艺将掩模图案转移到晶片表面的光刻胶上。首先，光致抗蚀剂处理设备在晶片表面旋涂光致抗蚀剂，然后在逐步重复曝光和显影处理之后在晶片上形成所需的图案。工艺的难度通常用工艺所需的掩模数量来表示。根据曝光方法的不同，光刻可以分为接触式、接近式和投影式。根据光刻平面的数量，有单面对准光刻和双面对准光刻。根据光刻胶的类型，有薄光刻胶光刻和厚光刻胶光刻。一般的光刻工艺包括预处理、胶水整平、预在集成电路的制造过程中，通过掩模对准、曝光和显影将所需的图案复制在抗蚀剂膜上，或者通过电子束将图案直接绘制在抗蚀剂膜上以产生图案。然后，图案被精确地转移到抗蚀剂下面的介电膜(如氧化硅、氮化硅、多晶硅)或金属膜上，以产生所需的薄层图案。蚀刻是使用化学、物理或化学和物理方法来选择性地去除薄膜层中未被抗蚀剂掩蔽的部分，从而在薄膜上获得与抗蚀剂膜上的图案完全一致的图案。等离子体蚀刻是在特定条件下电离反应气体形成等离子体。等离子体选择性地从晶片上去除物质，剩余的物质在晶片上形成芯片图案。5.离子注入晶片衬底由纯硅制成，不导电或导电性极弱。为了使芯片具有导电性，必须在晶片中掺杂微量的不纯物质，通常是砷、硼和磷。掺杂可以在扩散炉中或通过离子注入进行。一些先进的应用是通过离子注入掺杂的。离子注入包括中电流离子注入、高电流/低能量离子注入和高能量离子注入，适用于不同的应用需求。6.热处理热能被用来消除物体中产生的内应力的一些缺陷。所施加的能量将增加晶格原子和物体中的缺陷的振动和扩散，从而原子的排列可以被重整。热处理是在沉积制造过程之后改变沉积膜的机械性能的过程。目前，热处理技术有两个主要应用：一种使用超低k绝缘体来提高多孔膜的硬度，另一种使用高强度氮化物来增加沉积膜的韧性和拉伸强度，以改善器件性能。在紫外热处理反应器中，等离子体增强化学气相沉积膜通过光和热的共同作用改变其性能。高强度氮化物膜中的紫外线热处理工艺重新排列了连接，并使空间接触更好，导致提高器件性能所需的高强度水平。2.沉积(蒸发、溅射)物理气相沉积晶片上最常见的金属互连材料是铝，金属材料薄膜通常通过物理气相沉积(PVD)来制备。在PVD系统中，铝靶被离子轰击，使靶表面的铝原子以一定的能量逃逸，然后沉积在晶片表面。PVD方法也用于沉积阻挡层和种子层，以及用于双镶嵌互连的铜薄膜。7.化学机械抛光推动芯片技术发展的关键之一是，每个芯片的层数越来越多，堆叠在芯片上的层数越来越多，而每层的不均匀平整度将增加光刻精细电路图像的难度。化学机械抛光系统使用抛光垫和化学研磨剂来选择性地抛光和平坦化沉积层。化学机械抛光包括多晶硅金属电介质(PMD)平面化、层间绝缘膜(ILD)平面化和钨平面化。化学机械抛光是铜镶嵌互连工艺中的一项关键技术。8.晶圆检验晶圆计量在芯片制造过程中，为了确保按照预定的设计要求处理晶片，必须进行大量的测试和测量，包括测量芯片的线宽、测量每层的厚度、测量每层的表面形貌以及测量每层的一些电子特性。随着半导体技术和制造技术的不断发展，这些测试已经成为提高大规模生产和产量不可或缺的一部分。在铜互连工艺中，由于使用了更精细的线宽技术和低k介电材料，需要开发更精确的测试设备和新的测试方法。检测主要包括三种类型：光学检测、薄膜检测和临界尺寸扫描电子检测。晶片检测的一个重要发展趋势是将各种测量方法集成到一个工艺设备中。9.晶圆检验晶片制造过程中的许多步骤需要对晶片进行污染粒子检查。例如裸晶片检查、设备监控(使用工艺设备来控制沉积在晶片上的颗粒尺寸)以及化学机械抛光、化学气相沉积和离子注入之后的检查，通常这种检查在晶片应用之前或光刻胶层曝光之前被称为无图案检查。10.晶片探针测试晶圆探针测试是在成品晶圆上探测每个芯片。在测试过程中，晶片被固定在一个真空吸盘上，并用一个非常薄的探针静电计对准。像头发一样细的探针与模具的每个焊接点接触。在测试过程中，检测每个芯片的电气性能和电路功能，并对不合格的芯片进行标记，然后当芯片被切割成独立的芯片颗粒时，被标记的不合格芯片颗粒被剔除。来自探针检测的相关数据现在可以用来帮助提高晶片制造的产量。14.组装包装近年来，封装技术发展非常迅速，主要是因为(a)芯片的复杂性越来越高：芯片中包含的晶体管数量迅速增加，引脚数量也在增加。需要新的包装技术来满足这些要求。电子产品的小型化：目前的电子产品要求体积小、功能强、功耗低，这也意味着需要更高的引线键合和封装形式来适应这些变化。晶片上的芯片在这里被切割成单个芯片，然后封装，这样芯片就可以最终放置在印刷电路板上。这里需要的设备包括晶圆切割机、芯片焊接机(将芯片封装到引线框中)、引线焊接机(将芯片与引线框连接，如金线焊接和铜线焊接)等。在引线键合过程中，使用不同类型的引线：金(Au)、铝(Al)和铜(铜)。每种材料