集成电路制造工艺(上).ppt

1、1、第一章概要、一、集成电路的发展过程集成电路的来源摩尔定律之路二、集成电路的分类器件导电类型分类器件功能分类三、集成电路工艺型集成电路的材料集成电路工艺型四、集成电路的生产环境、二、集成电路集成电路在一张半导体单晶片上， 通过一系列特定的加工过程制造许多晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容器等无源器件，根据一定的电路相互连接关系“组装”，封装在一个壳体中，执行特定的电路和系统功能。 这种新的电子器件在体积、重量、功耗、寿命、可靠性、电气性能等方面优于传统的半导体分立部件电路。 3，3，1958年，美国德克萨斯仪器公司的Kilby为首的研究团队开发了第一个集成电路。 4、摩尔定律1965年，英

2、特尔公司摩尔(Moore )总结了过去10年来集成电路的发展，提出了集成电路芯片的集成度每18个月翻一倍，特征尺寸缩小一倍，价格每2年下降一半的着名摩尔定律。 5、集成电路的发展趋势特征尺寸越来越小晶片尺寸越来越大芯片上的晶体管数量越来越多时钟频率越来越高电源电压越来越低布线层数越来越多输入输出(I/O ) 半导体集成电路是在半导体基板材料上制作的，另外，集成电路中的基本元件也是基于半导体材料的特性制作的，通过掺杂杂质，能够使半导体的导电性能显着变化10、2 .绝缘体绝缘材料也是必不可少的，用于元件间、活性层及布线层间的绝缘，实现它们之间的电隔离。 在MOS器件中，栅极和沟道间的绝缘不可缺少，

3、作为离子注入和热扩散的掩模发挥作用，作为钝化层起到保护器件不受外部影响等作用。 集成电路常用的绝缘材料有二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅等。 在集成电路中，金属金属材料主要用于形成装置内部的接触和装置间的布线。 一些金属与高度掺杂的半导体材料之间形成良好的接触，接触面的电阻远小于半导体材料本身的电阻，称为欧姆接触。 集成电路中常用的金属材料有铝、金、钨、铜等。 4 .多晶硅(Polysilicon )多晶硅本身是半绝缘的，混入杂质就会变成导体。 可用于创建栅电极、源电极和漏电极(或基极区域和发射极区域)的电极、基本布线或电阻。 12、集成电路工艺的基础是从晶片到集成电路成品大约需要经过几百个工序，这

4、些工序大致分为1、模式转换：通过曝光和蚀刻，掩模版(类似照片胶片) 2 .根据设置校正请求，通过掺杂：扩散或离子注入向硅晶片的特定位置注入各种杂质，从而形成晶体管、接触等。13、3、制膜：通过氧化或蒸镀的方法制造各种材料的薄膜。 这些工序重复数十次，例如奔腾CPU经过26种光刻工序，每次都需要使用不同的掩模，而且还需要增加掺杂和金属涂层等许多处理工序，一个CPU制造工序达到数百种。14、集成电路的制造工艺流程、15、集成电路的生产环境要严格控制集成电路生产过程中微粒子的引入、产生和滞留。 根据产品种类的不同，工序对清洁级别有不同的要求。 洁净水平按照每单位体积的空气中粒径在0.15m范围内的浮

5、游粒子数进行划分。、16、ISO14664-1标准如上规定了洁净水平，17、洁净室净化工艺、18、芯片制造车间、19、为了建设合格的生产环境，除了空气净化度要求外，还采用了许多相关技术和管理方法：所有气流方向均由上而下一是水中微粒污染防止结晶，二是水中重金属离子，如钾、钠离子，在防止影响半导体模块工作特性的振动、噪音、照明等方面也有严格的要求，也解决了污水处理、排气排放等问题。 芯片制造需要巨额投资，通常一个芯片制造厂建设需要几十亿美元。21、一、晶体结构二、晶面和晶向三、晶体中的缺陷和杂质四、单晶硅的制造五、晶片加工、第二章半导体材料、22、晶体结构晶体可分为单晶和多晶，如果在整体材料中原子

6、规则且周期性地重复排列，则一个多晶可由多个微小的单晶运行实际结晶的大部分是各种金属材料和电子陶瓷材料等多晶。 由于多晶中各晶粒排列的相对取向各不相同，其宏观性质多呈各向同性，外形也具有规律性。23、半导体材料硅、锗等都属于金刚石结构。 金刚石结构可以看作是沿着身体对角线相互错开对角线的四分之一长度的面心立方单元组结构。 24、晶面和晶向晶体具有各向异性的特征，研究晶体的物理特征时，通常必须明确记载在哪个取向的面上，或沿着晶体的哪个方向，因此引入晶面和晶向的概念。 为了便于晶体中不同取向的晶体取向和晶面的确定和区别，国际上使用米勒指数统一标定晶体取向指数和晶面指数。 1 .晶体取向指数：以单位单

7、元的某一点o为原点，越过原点o设定坐标轴x、y、z，越过以单位单元的晶格向量的长度为坐标轴的长度单位的原点o，制作与规定的晶体方向平行的直线，在该直线上，选择25、最接近原点o的排列点，该点的3个坐标u v w是未定晶体取向的晶体取向指数。 晶体取向指数表示相互平行且方向一致的所有晶体取向。 26、2 .在晶面指数晶格中设定基准坐标系，设定方法是从与决定晶面指数时相同的晶面族中选择不通过原点的晶面，将取决定该晶面在各坐标轴上的截距的各截距的倒数的三倒数变换为相互质的整数比，加上括弧，将表示该晶面的指数记为(h k l )。 有晶面的截距为负数时，在对应指数的上部加“-”。 晶面与某座标轴平行时

8、，晶面与其轴的切片，其倒数被认为是0。 27、晶面指数不仅表示某一晶面，也表示相互平行的所有晶面。 晶体中的缺陷可以用空间几何结构将缺陷分为点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷。 单点缺陷点缺陷是在一个或多个晶格常数的微观区域内，以晶体中的空穴、间隙原子、杂质原子为中心，晶格结构偏离严格的周期性而形成的畸变区域。 二线缺陷晶体内部偏离周期性晶格结构的一维缺陷是线缺陷。 晶体中最重要的线缺陷之一是位错。29、3面缺陷和块状缺陷晶体中，也存在面缺陷(层叠缺陷)和块状缺陷(包装体)等。 由于堆积顺序的混乱而形成的缺陷称为层叠缺陷，简称为层叠缺陷。 积层缺陷是地域性缺陷，积层缺陷以外的原子有规则地排列，是面

9、缺陷。如果导入结晶的杂质超过结晶的固溶度，则杂质堆积在结晶中，形成块状缺陷。 30、晶体中的杂质实践表明极微量的杂质和缺陷对半导体材料的物理性质和化学性质有决定性的影响。 1施主杂质向硅导入磷，磷原子占据硅原子的位置，结果形成正电中心和多才多艺的价电子。 这种杂质被称为施主杂质或n型杂质。31、2受主杂质在硅中掺杂硼等，硼原子占硅原子的位置，结果形成负中心和雄辩的空位。 这种杂质称为受主杂质或p型杂质。 32、多晶硅生产目前，300mm的wafer技术已经成熟，随着直径的增大，其生产难度也相应提高。 33、生长单晶硅现在制造单晶硅的主要方法是柴氏提拉法(即CZ法)和悬浮区熔融法，85%以上的单

10、晶硅是用CZ法生长的。 1 .单晶炉单晶炉可分为炉体、机械传动系统、加热温控系统和气体传输系统四个部分。 炉体包括炉室、晶种轴、石英坩埚、勺子、晶种盖、观察窗的几个部分。 炉腔是为了保证炉内温度的均匀分布和良好的散热，晶种轴的作用是晶种的上下移动，34、使旋转运动的勺子中掺杂了应该混入的杂质的晶种罩，是为了保护晶种不受污染。 机械传动系统主要控制晶种和坩埚的运动。 为了不使Si溶液氧化而提高炉内的真空度，一般需要5Torr以上，添加的惰性气体纯度需要99.9999%以上。 35、2生长过程(1)准备作业多晶硅纯度高，用氢氟酸研磨达到清洗目的的晶种上的缺陷会“遗传”到新生长的晶体中，所以选择晶种

11、时要注意避免缺陷。 晶种的晶体取向与生长的晶体相同晶种必须清洗，根据生长晶体的导电型选择导入的杂质的工序和清洗杂质清洗后的所有材料用高纯度的去离子水清洗至中性后，干燥后使用。 (36、(2)将装入炉粉碎的多晶硅装入石英坩埚内，将籽晶夹在籽晶轴的卡盘中，使复盖籽晶盖的炉内成为真空，检查流过惰性气体的炉体的空气泄漏率是否良好。 (3)加热熔融硅的真空度满足要求，充满惰性气体时开始加热。 一般用高频线圈和电流加热器加热，后者经常用于大直径硅棒的提拉。 在1420的温度下将多晶和掺杂剂加热到熔融状态。37、(4)提升过程分为以下5个步骤。 拉晶体也被称为下面的种子。 先把温度降到比1420稍低的温度，

12、把种晶从液面降到几毫米，把种晶预热23分钟，使熔融硅和种粒间温度平衡。 预热后，使晶种与熔融硅液面接触，抽出完毕。 38、缩颈、拉出结束后，温度上升，晶种旋转上拉出直径0.50.7cm的新单晶，该单晶的直径比晶种细。 缩颈的目的是消除晶种本来的缺陷和引出时温度变化引起的新生缺陷。 缩颈时的拉伸速度有点快，但不要太快。 拉晶速度过大或直径变化过大，容易变成多晶。 39、放置肩膀，收缩脖子放慢速度，降低温度，使结晶生长到所需直径。 等径生长是在伸肩完成之前慢慢升温，伸肩完成，保持直径使单晶生长。 在生长过程中，提拉速度和温度应尽可能稳定，保证单晶的均匀生长。 40、结束单晶生长接近结束时，适度提高

13、温度，提高提拉速度，逐渐减小结晶棒直径，拉出锥形尾部。 目的是避免晶棒离开熔融金属时急速降温而产生的缺陷向上延伸。 41、单晶硅性能测试生长的单晶硅需要测试，以测定各残奥仪表是否满足要求。1物理性能的测试外观检查晶体取向检查测量直径2 .缺陷检查，42，3电度表导电型的测试非平衡载体的测试，43，电阻率的测试，44，晶片加工结晶棒还经过一系列的加工，形成符合半导体制造要求的硅基板，即晶片。 加工的基本流程是外形整理、切片、倒角、研磨、研磨等。 1 .外形整理(1)切割段需要切除晶种部分、肩部、尾部及目的检查后不符合直径要求的部分，切除的也有电阻率和结构完整性不符合规格的部分。 45、(2)径向

14、研磨的结晶棒直径不能正确满足直径要求，一般需要稍大一些，因此需要径向研磨。 46、(3)定位面研磨结晶在切割块上决定结晶方位后，沿轴滚磨基准面，其位置沿着重要的结晶面。 这是由晶体取向检查决定的。 47，2 .切片决定了wafer的一些特性(厚度、斜度、平行度、翘曲)。 切片的流动，是内周刀具，48，3 .倒角是削去wafer周边的锐利的角，以防止wafer边裂纹，防止热应力引起的损伤，外延层的增加，wafer边上的光刻胶的平坦度这3个为目的。 49、4 .研磨研磨的目的是去除表面的刀痕，即去除损伤层，提高均匀性，使wafer的薄度均匀，提高表面平坦度等。 50、5 .研磨(1)的目标是去除表

15、面的细微损伤层，获得高水平的光滑表面。 研磨的方法有机械研磨和化学机械研磨两种，机械研磨效率低，消耗品量多。 化学机械抛光的速度大大提高，表面质量也得到了改善。 51、研磨模式图、52、(2)缺陷及平坦度检查研磨后的芯片需要相应地检查表面缺陷及表面粗糙度。 表面缺陷检查是用分辨率0.05m以下的“魔镜”观察水印表面的凹凸，检测出有缺陷的产品。 表面粗糙度检查、Wafer表面粗糙度用原子显微镜测定，说明表面粗糙度的残奥计为TTV、Wafer厚度的最大值和最小值之差、TTV=a-b； 53、TIR、wafer表面最高处和基准面间的距离与最低处和基准面间的距离之和，TIR=a b； FPD、wafe

16、r表面是距参考面的最大距离，ab的话FPD=a，相反的话FPD=b。 54，6 .清洗Wafer从单晶硅棒的提拉开始经过切片、研磨、研磨等加工工序，中间会接触到研磨剂、研磨材料等各种化学试剂和微粒子的污染，最后必须将这些杂质清除干净。 传统上，Wafer清洗均采用湿式化学清洗法，证明湿式化学清洗技术在现场应用多年，是最有效、最符合成本要求的清洗技术。 现在使用最广泛的湿式化学清洗技术是RCA清洗法。55、1、双极集成电路工艺流程2、MOS工艺3、CMOS工艺4、Bi-CMOS工艺、第3章硅平面工艺流程、56、双极集成电路工艺流程双极晶体管是最早发明的半导体器件但是，由于消耗电力大，尺寸不能满足小型化，所以在生产量上和应用上都是有利的。 然而，双极器件在高速、模拟和功率电路领域仍是有利的。 57、1 .截面图和版图右图是标准的埋入层双极晶体管(SBC )的结构示意图，截面图和平面图对照。 58、2 .工艺流路(1)基板制作对于PN结隔离型双极集成电路来说，通常选择轻掺杂的p型基板，掺杂浓度约为. (2)生长埋入层为了降低集电极串联电阻，减小寄生管的影响，