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半导体制造工艺流程

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 9 250000Ω.cm N 型硅: 掺入 V 族元素 -- 磷 P 、砷 As 、锑 Sb P 型硅: 掺入 III 族元素 — 镓 Ga 、硼 B PN 结:. -. -. +. +. P. N. -. +. -. +. +. -. -. 半 导体元件制造过程可分为. 前段( Front End )制程 晶圆处理制程( Wafer Fabrication ;简称 Wafer Fab )、

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半导体制造工艺流程

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  1. 半导体制造工艺流程

  2. 半导体相关知识 • 本征材料:纯硅 9-10个9 250000Ω.cm • N型硅: 掺入V族元素--磷P、砷As、锑Sb • P型硅: 掺入 III族元素—镓Ga、硼B • PN结: - - + + P N - + - + + - -

  3. 半导体元件制造过程可分为 • 前段(Front End)制程 晶圆处理制程(Wafer Fabrication;简称Wafer Fab)、 晶圆针测制程(Wafer Probe); • 後段(Back End) 构装(Packaging)、 测试制程(Initial Test and Final Test)

  4. 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。

  5. 二、晶圆针测制程 • 经过Wafer Fab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(Ink Dot),此程序即称之为晶圆针测制程(Wafer Probe)。然後晶圆将依晶粒为单位分割成一粒粒独立的晶粒

  6. 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。

  7. 半导体制造工艺分类 MOS型 双极型 PMOS型 NMOS型 CMOS型 饱和型 非饱和型 BiMOS TTL I2L ECL/CML

  8. 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)

  9. 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、CMOS 2 、(根据负载元件)E/R、E/E、E/D

  10. 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

  11. 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

  12. 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 0.1um 0.2um 0.3um 0.5um 5.0um I级 35 7.5 3 1 NA 10 级 350 75 30 10 NA 100级 NA 750 300 100 NA 1000级 NA NA NA 1000 7

  13. 半导体元件制造过程 前段(Front End)制程---前工序 晶圆处理制程(Wafer Fabrication;简称Wafer Fab)

  14. 典型的PN结隔离的掺金TTL电路工艺流程 衬底制备 一次氧化 隐埋层光刻 隐埋层扩散 外延淀积 基区光刻 再氧化 隔离扩散 隔离光刻 热氧化 基区扩散 再分布及氧化 发射区光刻 背面掺金 发射区扩散 铝合金 接触孔光刻 再分布及氧化 反刻铝 铝淀积 淀积钝化层 压焊块光刻 中测

  15. C B E P P P+ P+ N P PNP 横向晶体管刨面图

  16. N+ p+ C B E C B E P N P N NPN PNP 纵向晶体管刨面图

  17. AL SiO2 N+ B C E P P+ P+ N-epi N+-BL P-SUB NPN晶体管刨面图

  18. 1.衬底选择 P型Si ρ 10Ω.cm 111晶向,偏离2O~5O 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

  19. N+-BL P-SUB 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。 杂质固浓度大 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)

  20. N-epi N+-BL SiO2 N+-BL P-SUB 外延层淀积 1。VPE(Vaporous phase epitaxy) 气相外延生长硅 SiCl4+H2→Si+HCl 2。氧化 Tepi>Xjc+Xmc+TBL-up+tepi-ox

  21. N-epi N-epi P+ P+ P+ N+-BL N+-BL P-SUB 第二次光刻—P+隔离扩散孔 SiO2 • 在衬底上形成孤立的外延层岛,实现元件的隔离. 涂胶—烘烤---掩膜(曝光)---显影---坚膜—蚀刻—清洗 —去膜--清洗—P+扩散(B)

  22. SiO2 P P P+ P+ N-epi P+ N+-BL N+-BL P-SUB 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)

  23. SiO2 N+ P P P+ P+ N-epi P+ N+-BL N+-BL P-SUB 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。 • Al—N-Si 欧姆接触:ND≥1019cm-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

  24. SiO2 P P P+ N-epi P+ P+ N-epi N+ N+-BL N+-BL P-SUB 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

  25. AL P P P+ N-epi P+ P+ N-epi N+ N+-BL N+-BL P-SUB 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

  26. CMOS工艺集成电路

  27. 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 SiO2 N-Si N-Si

  28. 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 P- N-Si

  29. CMOS集成电路工艺--以P阱硅栅CMOS为例 • 3。去除SiO2,长薄氧,长Si3N4 Si3N4 P- N-Si

  30. CMOS集成电路工艺--以P阱硅栅CMOS为例 • 4。光II---有源区光刻 Si3N4 P- N-Si

  31. B+ P- N-Si 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

  32. P- N-Si 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。

  33. B+ P- N-Si CMOS集成电路工艺--以P阱硅栅CMOS为例 • 7。光Ⅳ---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。

  34. P- N-Si CMOS集成电路工艺--以P阱硅栅CMOS为例 • 8。光Ⅴ---多晶硅光刻,形成多晶硅栅及多晶硅电阻 多晶硅

  35. B+ P- N-Si CMOS集成电路工艺--以P阱硅栅CMOS为例 • 9。光ⅤI---P+区光刻,P+区注入。形成PMOS管的源、漏区及P+保护环。

  36. As 光刻胶 P- N-Si CMOS集成电路工艺--以P阱硅栅CMOS为例 • 10。光Ⅶ---N管场区光刻,N管场区注入,形成NMOS的源、漏区及N+保护环。

  37. PSG P+ P+ N+ N+ P- N-Si CMOS集成电路工艺--以P阱硅栅CMOS为例 • 11。长PSG(磷硅玻璃)。

  38. PSG P+ P+ N+ N+ P- N-Si CMOS集成电路工艺--以P阱硅栅CMOS为例 • 12。光刻Ⅷ---引线孔光刻。

  39. VDD PSG S P D P+ P+ N+ N+ P- OUT IN N-Si D N S CMOS集成电路工艺--以P阱硅栅CMOS为例 • 13。光刻Ⅸ---引线孔光刻(反刻AL)。

  40. AL SiO2 VCC R- R+ N+ P P+ P+ N-epi N+-BL P-SUB 集成电路中电阻1 基区扩散电阻

  41. SiO2 R R N+ P+ P+ N-epi N+-BL P-SUB 集成电路中电阻2 发射区扩散电阻

  42. SiO2 R R N+ P P+ P+ N-epi N+-BL P-SUB 集成电路中电阻3 基区沟道电阻

  43. N+ SiO2 R R P P+ P+ N-epi P-SUB 集成电路中电阻4 外延层电阻

  44. 多晶硅 氧化层 SiO2 Si 集成电路中电阻5 MOS中多晶硅电阻 其它:MOS管电阻

  45. A- B+ A- B+ SiO2 N+E P+ N P+ P+-I N+-BL Cjs P-SUB 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

  46. N+ Al AL SiO2 N+ P+ P+ N-epi P-SUB 集成电路中电容2 MOS电容

  47. 主要制程介绍

  48. 矽晶圓材料(Wafer) 圓晶是制作矽半導體IC所用之矽晶片,狀似圓形,故稱晶圓。材料是「矽」,IC(Integrated Circuit)厂用的矽晶片即為矽晶體,因為整片的矽晶片是單一完整的晶體,故又稱為單晶體。但在整體固態晶體內,眾多小晶體的方向不相,則為复晶體(或多晶體)。生成單晶體或多晶體与晶體生長時的溫度,速率与雜質都有關系。

  49. 一般清洗技术

  50. 光 学 显 影 光学显影是在感光胶上经过曝光和显影的程序,把光罩上的图形转换到感光胶下面的薄膜层或硅晶上。光学显影主要包含了感光胶涂布、烘烤、光罩对准、 曝光和显影等程序。 关键技术参数:最小可分辨图形尺寸Lmin(nm) 聚焦深度DOF 曝光方式:紫外线、X射线、电子束、极紫外

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