芯片制造工藝

1、目前微電子產(chǎn)業(yè)已逐漸演變?yōu)樵O(shè)計設(shè)計，制造制造和封裝封裝三個相對獨立的產(chǎn)業(yè)。IC 制作http:/.tw0 IC制造技術(shù)制造技術(shù) 1、晶片制備、晶片制備 2、掩模板制備、掩模板制備 3、晶片加工、晶片加工Initial oxSi substrateInitial oxSi substratePRDiff modulePHOTO moduleETCH moduleIni oxSi subPRThin film moduleIni oxSi subDiff, PHOTO, ETCH, T/FIC cross sectionWATWafer SortingChip Cutting初始晶片(primar

2、y wafer)BondingPackagingFinal TestIC 制造過制造過程程ICIC內(nèi)部內(nèi)部結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)導(dǎo)電電路絕緣層硅底材元件結(jié)構(gòu)內(nèi)連導(dǎo)線架構(gòu)FieldOxideFieldOxideSource/DrainRegionsGateOxideNPN雙極型晶體管（三極管）雙極型晶體管（三極管）第一塊第一塊ICMOS結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)0.1 晶片制備晶片制備 1、材料提純（硅棒提純）、材料提純（硅棒提純） 2、晶體生長（晶棒制備）、晶體生長（晶棒制備） 3、切割（切成晶片）、切割（切成晶片） 4、研磨（機械磨片、化學(xué)機械拋光、研磨（機械磨片、化學(xué)機械拋光CMP） 5、晶片評估（檢查）、晶片評估（檢查

3、）0.1.1 材料提純（硅棒提純）材料提純（硅棒提純） 提純原理：鹽水結(jié)冰后，冰中鹽的含量較提純原理：鹽水結(jié)冰后，冰中鹽的含量較低低=在在液態(tài)硅液態(tài)硅(熔區(qū)熔區(qū))中中,雜質(zhì)濃度雜質(zhì)濃度大大些些 提純方法：區(qū)域精煉法提純方法：區(qū)域精煉法液態(tài)液態(tài)物質(zhì)降溫到凝固點以下，有些原子物質(zhì)降溫到凝固點以下，有些原子/分子會趨于分子會趨于固體結(jié)構(gòu)的排固體結(jié)構(gòu)的排列，形成較小的核心（晶粒），列，形成較小的核心（晶粒），控制晶粒取向，可得到控制晶粒取向，可得到單晶單晶結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。的半導(dǎo)體。例如：例如：8晶片的晶棒重達晶片的晶棒重達200kg，需要，需要3天時間來生長天時間來生長0.1.2 晶棒生長晶棒生長直

4、拉法直拉法0.1.3 切割（切成晶片）切割（切成晶片） 鋸切頭尾鋸切頭尾檢查定向性和電阻率等檢查定向性和電阻率等切切割晶片割晶片 晶片厚約晶片厚約50m0.2 掩模板制備掩模板制備特殊的石英玻璃上，涂敷一層能吸收紫外線的鉻層特殊的石英玻璃上，涂敷一層能吸收紫外線的鉻層（氧化鉻或氧化鐵（氧化鉻或氧化鐵 ），再用），再用光刻法光刻法制造制造光刻主要步驟光刻主要步驟涂膠涂膠曝光曝光顯影顯影顯影蝕刻顯影蝕刻光刻工藝光刻工藝 掩模板應(yīng)用舉例：光刻開窗掩模板應(yīng)用舉例：光刻開窗0.3 晶片加工晶片加工主要步驟：主要步驟：氧化氧化開窗開窗摻雜摻雜金屬膜形成金屬膜形成摻雜沉積摻雜沉積1. 鈍化鈍化0.3.1 氧

5、化氧化氧化膜（氧化膜（SiO2 、SiNH）的作用：）的作用：保護保護：如，鈍化層（密度高、非常硬）如，鈍化層（密度高、非常硬）摻雜阻擋摻雜阻擋：阻擋擴散，實現(xiàn)選擇性摻雜：阻擋擴散，實現(xiàn)選擇性摻雜絕緣絕緣：如，隔離氧化層：如，隔離氧化層介質(zhì)介質(zhì)：電容介質(zhì)、：電容介質(zhì)、MOS的絕緣柵的絕緣柵1. 晶片不變形晶片不變形：與：與Si晶片的熱膨脹系數(shù)很晶片的熱膨脹系數(shù)很接近，在高溫氧化、摻雜、擴散等公益接近，在高溫氧化、摻雜、擴散等公益中，晶片不會因熱脹冷縮而產(chǎn)生彎曲中，晶片不會因熱脹冷縮而產(chǎn)生彎曲氧化氧化 氧化方法：氧化方法：濺射法、真空蒸發(fā)法、濺射法、真空蒸發(fā)法、CVD、 熱氧化熱氧化法等法等 例

6、：例： 干氧化法：干氧化法：Si+O2= SiO2 （均勻性好）（均勻性好） 濕氧化法：濕氧化法：Si+O2= SiO2 （生長速度快）（生長速度快） Si+2H2O= SiO2+H20.3.2 開窗開窗0.3.3 摻雜（擴散）摻雜（擴散）擴散原理擴散原理雜質(zhì)原子在雜質(zhì)原子在高溫高溫（1000-1200度）下從硅晶片表面的度）下從硅晶片表面的高高濃度區(qū)濃度區(qū)向襯底內(nèi)部的向襯底內(nèi)部的低濃度區(qū)低濃度區(qū)逐漸逐漸擴散擴散。1.擴散濃度與溫度有關(guān)：擴散濃度與溫度有關(guān)： （1000-1200度擴散快）度擴散快）0.3.4 擴散擴散擴散步驟：擴散步驟：1、預(yù)擴散（淀積）、預(yù)擴散（淀積）恒定表面源恒定表面源擴

7、散（擴散過程中，硅片的擴散（擴散過程中，硅片的表面雜質(zhì)表面雜質(zhì)濃度不變濃度不變），溫度低，時間短，擴散淺：控），溫度低，時間短，擴散淺：控制擴散雜質(zhì)的數(shù)量。制擴散雜質(zhì)的數(shù)量。2、主擴散、主擴散有限表面源有限表面源擴散（擴散過程中，硅片的擴散（擴散過程中，硅片的表面雜質(zhì)表面雜質(zhì)源不補充源不補充），溫度高，時間長，擴散深：控），溫度高，時間長，擴散深：控制擴散雜質(zhì)的表面濃度和擴散深度、或暴露制擴散雜質(zhì)的表面濃度和擴散深度、或暴露表面的氧化。表面的氧化。擴散擴散擴散分類及設(shè)備：擴散分類及設(shè)備：按照雜質(zhì)在室溫下的形態(tài)分為按照雜質(zhì)在室溫下的形態(tài)分為：液態(tài)源液態(tài)源擴散、擴散、氣態(tài)源氣態(tài)源擴散、擴散、固態(tài)源

8、固態(tài)源擴散擴散0.3.5 薄膜淀積、金屬化薄膜淀積、金屬化 薄膜：一般指，厚度小于薄膜：一般指，厚度小于1um 薄膜淀積薄膜淀積技術(shù)：形成絕緣薄膜、半導(dǎo)體技術(shù)：形成絕緣薄膜、半導(dǎo)體薄膜、金屬薄膜等薄膜、金屬薄膜等 金屬化金屬化、多層互連：將大量相互隔離、多層互連：將大量相互隔離、互不連接的半導(dǎo)體器件（如晶體管）連互不連接的半導(dǎo)體器件（如晶體管）連接起來，構(gòu)成一個完整的集成塊電路接起來，構(gòu)成一個完整的集成塊電路 薄膜淀積薄膜淀積 薄膜：小于薄膜：小于1um，要求：厚度均勻、高，要求：厚度均勻、高純度、可控組分、臺階覆蓋好、附著性純度、可控組分、臺階覆蓋好、附著性好、電學(xué)性能好好、電

9、學(xué)性能好 薄膜淀積方法：薄膜淀積方法： 1、物理氣相淀積（、物理氣相淀積（PVD） 2、化學(xué)氣相淀積（、化學(xué)氣相淀積（CVD：APCVD、LPCVD、PECVD）薄膜淀積薄膜淀積物理氣相淀積（物理氣相淀積（PVD）PVD：利用某種：利用某種物理過程物理過程，例如蒸發(fā)或，例如蒸發(fā)或 濺濺射現(xiàn)象，實現(xiàn)射現(xiàn)象，實現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)移物質(zhì)轉(zhuǎn)移，即原子或分子，即原子或分子從原料表面逸出，形成粒子射入到硅片從原料表面逸出，形成粒子射入到硅片表面，凝結(jié)形成固態(tài)薄膜。表面，凝結(jié)形成固態(tài)薄膜。1、真空蒸發(fā)真空蒸發(fā)PVD2、 濺射濺射PVD真空蒸發(fā)真空蒸發(fā)PVD濺射濺射PVD濺射鍍鋁膜濺射鍍鋁膜薄膜淀積薄膜淀積化學(xué)氣相淀積（化學(xué)氣相淀積（CVD）CVD：利用含有薄膜元素的：利用含有薄膜元素的反應(yīng)劑反應(yīng)劑在襯底在襯底表面發(fā)生表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)，從而在襯底表面，從而在襯底表面淀淀積積薄膜。薄膜。常用方法：常用方法：1、外延生長、外延生長2、 熱熱CVD（包括：常壓（包括：常壓CVD= APCVD、低壓低壓CVD=HPCVD）3、等離子、等離子CVD（=PECVD）CVD原理示意圖原理示意圖 金屬化、多層互連金屬化、多層互連 金屬化、多層互連：將大量相互隔離、金屬化、多層互連：將大量相互