芯片制造基础知识【高级课堂】

1、芯片制造流程,1,高等课堂,基本过程,晶园制作 Wafer Creation 芯片制作 Chip Creation 后封装 Chip Packaging,2,高等课堂,第1部分晶园制作,3,高等课堂,1.1 多晶生成,Poly Silicon Creation 1 目前半导体制程所使用的主要原料就是晶园(Wafer)，它的主要成分为硅(Si)。 富含硅的物质非常普遍，就是沙子(Sand)，它的主要成分为二氧化硅(SiO2)。 沙子经过初步的提炼，获得具有一定纯度的硅，再经过一些步骤提高硅的纯度，半导体制程所使用的硅需要非常高的纯度。 接着就是生成多晶硅(Poly Silicon,4,高等课堂,

2、Poly Silicon Creation 2 采用一种叫做Trichlorosilane的物质(SiHCl3)作为溶剂，氢气作为反应环境，在钽(tantalum)电热探针指引下，经过初步提炼的硅形成晶体。 这种过程需要多次，中途还会用到氢氟酸(HF)这样剧毒的化学药品，硅的纯度也随着这个过程而进一步被提高。 最后生成多晶硅的硅锭,5,高等课堂,Poly Silicon Creation 3,6,高等课堂,1.2 单晶制作,Crystal Pulling 1 多晶硅硅锭中晶体的晶向是杂乱无章的，如果使用它来制作半导体器件，其电学特性将非常糟糕，所以必须把多晶硅制作成单晶硅，这个过程可以形象地称

3、作拉单晶(Crystal Pulling)。 将高纯度的多晶硅碾碎，放入石英坩埚，加高温到1400C，注意反应的环境是高纯度的惰性气体氩(Ar)。 精确的控制温度，单晶硅就随着晶种被拉出来了,7,高等课堂,单晶 分类,单晶分为 直拉单晶和区熔单晶两种 直拉单晶由多晶碎料在石英锅内融化后由子晶拉制而成。 集成电路用得芯片多由这种方法拉制的单晶加工而成。 区熔单晶由多晶棒悬空，经过电圈加热至融化状态，接触子晶而形成单晶。这种单晶特点电阻高，纯度高，多用于IGBT等放大电路,8,高等课堂,Crystal Pulling 2,9,高等课堂,Crystal Pulling 3,制作完毕的单晶硅按照半径的

4、大小来区分，目前正在使用的有： 150mm(6) 200mm(8) 300mm(12) 正在发展的有： 400mm(16,10,高等课堂,1.3 晶园切片,Wafer Slicing 单晶硅具有统一的晶向，在把单晶硅切割成单个晶园(Wafer)的时候，首先要在单晶硅锭上做个记号来标识这个晶向。 通常标识该晶向的记号就是所谓Flat或者Notch (平边、凹槽,11,高等课堂,6 Wafer 6的晶园通常采用所谓“平边”的方法来标识晶向。 8 Wafer 8的晶园采用Notch。 12, 16, Wafer 采用Notch，为什么呢？猜想,12,高等课堂,1.4 晶园抛光,Lapping 10s

5、ec,N-WELL,65,高等课堂,GATE OX,SAC OXIDE REMOVE50:1 HF GATE1_OX STEP-1 :SPM+HF STEP-2: APM+HPM 800C,58A, WET DUAL GATE OXIDE PHOTO GATE OXIDE ETCH / CRS130:1:7 BOE, H2SO4+H2O2 GATE2 OXStep-1: SPM Step-1: APM+HPM 750C,WET 23A,Final 70 A,66,高等课堂,P1 DEP SiON DEP 320A HM COATING PEOX 150A Poly PHOTOADI 0.17+

6、/-0.017 HM DRY ETCH ASHER AND WET STRIP HF 100:1/ H2SO4+H2O2 Poly ETCHAEI 0.15+/-0.015 POLY WET STRIPHF 100:1/ H2SO4+H2O2 SION REMOVE50:1 HF + H3PO4 Poly Re_Oxidation1015C,21A RTO,P1 DEP,67,高等课堂,68,高等课堂,LDD1,NLL Photo Implant: Pocket implantIn 3.0E13 / 130K / T30R445 NLDD implantAs 1.1E15/003K / T0

7、Resistor strip PLL Photo Pocket implantAs 2.9E13 / 130K / T30R445 PLDD implantBF2 1.6E14 / 4K / T0 Resistor strip,N-Well,P-Well,N,N,P,P,69,高等课堂,LDD2 ( for 3.3V MOS,PLH Photo LDD implant: ( 3.3V& 1.8V ) F2.50E14_005K_T0 Resist strip LDD RTA 950C,10s NLH Photo LDD1 ImplantAs 3.00E13_050K_T00 LDD2 Impl

8、antP 5.00E13_030K_T00 Resist strip,70,高等课堂,NITRIDE SPACER,Nitride Spacer,Clean LINING 150 TEOS 700C,150A(+-15A) SiN SPACER SiN 300A(+-30A) COMPOSITE SPACER TEOS 1000A(+-100A) SPACER ETCH 300A SN/1000A TEOS Clean/ Oxide Strip H2SO4+H2O2 / HF 100:1, 1min,71,高等课堂,N+ & P,N+ SN Photo N+ implant1A 5.50E15

9、_060K_T00 N+ implant2P 1.50W14_035K_T00 Resist Strip P+ SP Photo P+ Implant1B 3.50E15_005K_T00 P+ Implant2B 3.00E13_015K_T00 Resist Strip,72,高等课堂,SALICIDE BLOCK,STD Clean SAB Deposistion CAP OX, 350+-30A S/D RTA Annealing1020C, 20sec ,N2 SAB Photo Salicide Block Etchdry/WET ETCH Resist Strip,73,高等课堂

10、,Co SALICIDE,Pre-CO Saliside Dip (100:1 HF 1min.) Salicide Deposition (Co 75A/TiN 200A) Salicide 1st RTA (530oC 30sec N2,Salicide Selective Etch (sc1+m2.) Salicide 2nd RTA (850oC 30sec N2,74,高等课堂,Salicide Transistor,75,高等课堂,INTERLAYER DIELECTRIC,PE-SION 400A DEP BPTEOS Deposition 1500A BPSG FLOW 620

11、C 30min CR CLEAN PETEOS deposition 8500A Ox CMP for ILD(6500A) CR CLEAN,N-Well,P-Well,N,1.5k SABPSG,8.5k PETEOS,400 SION,76,高等课堂,CONTACT ETCH,PE-SION 600A DEP ARC CT Photo Contact etch Asher Resist Strip,77,高等课堂,W-PLUG,CONT GLUE LAYER ETCH100/IMP-TI100/CVD-TIN50 Silicide annealing (690C,60s) 3000+/-

12、300 W CVD DEP W CMP for IMD,78,高等课堂,CT,79,高等课堂,Contact Formation,80,高等课堂,METAL1 DEPOSITION,MET1 GLUE (200 Ti/250 TiN) MET1 AL (3000 AlCu/50 Ti/300 TiN,81,高等课堂,METAL1 ETCH,Inorganic BARC SION DEP M1 Photo Metal etch Resist Strip,DR(L/S) = 0.23/0.23,82,高等课堂,HDP OXIDE FOR IMD1,5k HDP USG & 11.5k PETEOS

13、 dep,83,高等课堂,HDP Oxide Gapfill Capability,0.18m Metal5 at DR (0.28/0.28,84,高等课堂,VIA 1 PHOTO&ETCH,Via1 Photo Via etch Asher Resist Strip,85,高等课堂,86,高等课堂,87,高等课堂,W-PLUG,VIA GLUE LAYER ETCH 180 /100Ti/50TiN (IMP/CVD) 3000+/-300 W CVD W CMP for IMD,Met 1,N-Well,P-Well,N,100 Ti / 50 TiN,88,高等课堂,Via Forma

14、tion,89,高等课堂,90,高等课堂,METAL 2: DEP & ETCH,MET2 GLUE (200 Ti/250 TiN) MET2 AL (4000 AlCu/50 Ti/300 TiN) Inorganic BARCSION DEP 320A+-32 M2 Photo Metal etch Resist Strip,DR(L/S) = 0.28/0.28,91,高等课堂,VIA 2: DEP & ETCH,6k HDP USG & 11.5k PETEOS depOx CMP for IMD PE-SiON 600A Via2 Photo Via etch Resist Str

15、ip,92,高等课堂,METAL 3 DEP& ETCH,W-PLUG,VIA GLUE LAYER ETCH 130 /160Ti/70TiN (IMP/CVD) 3.3k W CVD W CMP for IMD,MET3 GLUE (200 Ti/250 TiN) MET3 AL (8000 AlCu/50 Ti/600 TiN) Inorganic BARC SION DEP 320A+-32 M3 Photo Metal etch Resist Strip,DR: 0.28/0.28,93,高等课堂,VIA 3:DEP&ETCH,6k HDP USG & 11.5k PETEOS de

16、pOx CMP for IMD PE-SiON 600A Via3 Photo Via etch Resist Strip,DR: 0.26/0.26,94,高等课堂,METAL 4 DEP & ETCH,W-PLUG,MET4 GLUE (200 Ti/250 TiN) MET4 AL (4000 AlCu/50 Ti/600 TiN) Inorganic BARC SION DEP 320A+-32 M4 Photo Metal etch Resist Strip,VIA GLUE LAYER ETCH 130 /160Ti/70TiN (IMP/CVD) 3.3k W CVD W CMP

17、 for IMD,DR: 0.28/0.28,95,高等课堂,VIA 4:DEP&ETCH,6k HDP USG & 11.5k PETEOS depOx CMP for IMD PE-SiON 600A Via4 Photo Via etch Resist Strip,Met 1,N-Well,P-Well,P,P,N,N,Met 2,Met 3,Met 4,DR: 0.26/0.26,96,高等课堂,METAL 5: DEP&ETCH,W-PLUG,MET5 GLUE (200 Ti/250 TiN) MET5 AL (4000 AlCu/50 Ti/600 TiN) Inorganic

18、BARC SION DEP 320A+-32 M5 Photo Metal etch Resist Strip,VIA GLUE LAYER ETCH 130 /160Ti/70TiN (IMP/CVD) 3.3k W CVD W CMP for IMD,DR: 0.28/0.28,97,高等课堂,VIA 5:DEP&ETCH,6k HDP USG & 11.5k PETEOS CMP for IMD PE-SiON 600A Via5 Photo Via etch Resist Strip,DR: 0.36/0.35,98,高等课堂,METAL 6: DEP&ETCH,W-PLUG,MET6 GLUE (200 Ti/250 TiN) MET6 AL (6000 AlCu/375 TiN) Inorganic BARC SION DEP 320A+-32 M6 Photo Metal etch Resist Strip,VIA GLUE LAYER ETCH 130