Linda集成電路制造流程簡介

Copyright?2005.AlphaNetworksInc.Allrightsreserved.1集成電路（Integratedcircuit），就是我們常說的IC或者芯片。在介紹集成電路的製造工藝之前，讓我們先了解一下硅片。硅片是一種單晶硅的圓形薄片，在芯片的製造過程中硅片通常被作為襯底。在一個(gè)硅片上可以同時(shí)製作機(jī)制甚至上百個(gè)特定的芯片，隨著對集成電路製造成本要求的不斷降低，硅片的直徑也在不斷的加大，目前，已經(jīng)由最初的50mm增加到300mm,這樣就是通過同樣的工藝流程而生產(chǎn)出更多的芯片。集成電路制造工藝流程簡介2

硅片製備——包括晶體生長、滾圓、切片Wafer製造——包括清洗、成膜、光刻、刻蝕及摻雜Wafer測試/揀選——探測、測試及揀選硅片上的每個(gè)芯片

裝配與封裝——沿著劃片線將硅片切割成芯片，再進(jìn)行裝配和

封裝

終測——確保集成電路通過電學(xué)和環(huán)境測試集成電路的製造5大製造步驟3在第一階段，將硅從沙中提煉，製成半導(dǎo)體級(jí)的高純硅，通常純度會(huì)達(dá)到99.9999999%。再用CZ(Czochralski)法將半導(dǎo)體級(jí)的多晶硅轉(zhuǎn)化成一大塊的單晶硅，我們把這個(gè)過程稱為晶體生長。生長后的單晶硅被稱為硅錠。硅錠在拉單晶爐中生長完成后，先要進(jìn)行整形處理。第一步，去掉硅錠的兩端第二部，進(jìn)行研磨滾圓已達(dá)到精確的材料直徑硅片的製備4最後，對整形完成后的硅錠進(jìn)行切片。一般而言，對以直徑200mm及以下的硅片來講，切片使用帶有金剛石邊緣的內(nèi)圓切割機(jī)來完成的；對於直徑300mm的硅片來講，由於直徑大的原因，目前都是用線鋸來切片的。線鋸比傳統(tǒng)的內(nèi)圓切割機(jī)產(chǎn)生更多的硅切片，這是因?yàn)橛脻{料覆蓋的線來代替金剛石覆蓋的鋸刀，會(huì)有更薄的切口損失。硅片的製備5對於切片后的硅片首先要經(jīng)過凈化。硅片的凈化，以及後續(xù)一系列工藝的製作都在凈化間進(jìn)行。凈化間最基本的概念是硅片工廠空氣中的顆粒控制。我們通常所呼吸的空氣是不能用於集成電路的製造的，因?yàn)樗颂嗟钠≌次?，這些微小的浮塵會(huì)淀積在硅片表面引起沾污并會(huì)帶來致命缺陷。凈化級(jí)別標(biāo)定了凈化間的空氣質(zhì)量級(jí)別，它是由凈化空氣中的顆粒尺寸和密度來表徵的。美國聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)209E中各凈化間級(jí)別對空氣漂浮顆粒的限制

顆粒/立方公尺級(jí)別0.1um0.2um0.3um0.5um5um13.50x107.703.001.00

103.50x1027.5x103.00x101.00x10

100

7.5x1023.00x1021.00x102

1000

1.00x1037.0010000

1.00x

7.00x102100000

1.00x7.00x103Wafer的製造—凈化6硅片進(jìn)入凈化室后，會(huì)經(jīng)過一系列的物理化學(xué)方法進(jìn)行凈化處理。凈化后的硅片在進(jìn)行光刻之前先要進(jìn)行氧化處理。硅片上的氧化層可以通過熱生長或者淀積的方法生成，我們常用的是熱生長氧化的方法。將硅片放在溫度在750°C~1100°C的氧化爐中，并通入純凈的氧氣，在硅片表面形成SiO2的氧化膜.Wafer的製造—氧化7光刻的本質(zhì)是把臨時(shí)電路結(jié)構(gòu)複製到以後要進(jìn)行刻蝕和離子注入的硅片上。這些結(jié)構(gòu)首先以圖形形式製作在名為掩膜板的石英模板上。紫外光透過掩模板把圖形轉(zhuǎn)移到硅片表面的光敏薄膜上。轉(zhuǎn)移到硅片上的圖形可能是硅片上的半導(dǎo)體器件、隔離槽、金屬互聯(lián)線等。硅片上形成的光刻膠圖形都是具有長、寬、高的三維圖形。這些圖形被轉(zhuǎn)移到光敏光刻膠材料上，為進(jìn)行刻蝕或離子注入做準(zhǔn)備。光刻是一個(gè)及其複雜的工藝過程，其成本占了整個(gè)硅片加工的近三分之一。光刻工藝包括8個(gè)基本的步驟：Wafer的製造—光刻8步驟一：氣相成膜處理光刻的第一步是清洗、脫水和硅片表面成底膜處理。這些步驟的目的是增強(qiáng)硅片和光刻膠之間的粘附性。步驟二：旋轉(zhuǎn)涂膠成底膜處理后，硅片要立即采用旋轉(zhuǎn)涂膠的方法涂上液相光刻膠材料。硅片被固定在一個(gè)真空載片臺(tái)上，它是一個(gè)表面上有很多真空孔以便固定硅片的平的金屬或聚四氯乙烯盤。一定數(shù)量的液體光刻膠滴在桂皮啊上，然後得到一層均勻的光刻膠涂層。Wafer的製造—光刻9步驟三：軟烘光刻膠被涂到硅片的表面后必須要經(jīng)過軟烘，軟烘的目的是去除光刻膠中的溶劑。軟烘提高了粘附性，提升了光刻膠的均勻性，在刻蝕中得到了更好的線寬控制。典型的軟烘條件實(shí)在熱板上90°C~100°C烘30秒，接下來是在冷板上的降溫步驟，以得到光刻膠一致性的硅片溫度控制。步驟四：對準(zhǔn)和曝光掩膜板與塗了膠的硅片上的正確位置對準(zhǔn)。一旦對準(zhǔn)，將掩膜板和硅片曝光，把掩膜板的圖形轉(zhuǎn)移到涂膠的硅片上。光就會(huì)激活光刻膠中的光敏成分，轉(zhuǎn)移圖形的目的。Wafer的製造—光刻10步驟五：：曝光后后烘焙對於深紫紫外線（（DUV）光刻膠膠在100°°C~110°°C的熱板上上進(jìn)行曝曝光后烘烘焙是必必要的。。Wafer的製製造—光光刻11步驟六：：顯影顯影實(shí)在在硅片表表面光刻刻膠中產(chǎn)產(chǎn)生圖形形的關(guān)鍵鍵步驟。。光刻膠膠上的可可溶解區(qū)區(qū)域被化化學(xué)顯影影劑溶解解，將可可見的圖圖形留在在硅片表表面。最最通常的的顯影方方法是旋旋轉(zhuǎn)、噴噴霧、浸浸潤（見見圖解）），然後後顯影，，硅片用用去離子子水（DI）沖洗后后甩乾。。Wafer的製製造—光光刻12步驟七：：堅(jiān)膜烘烘焙顯影后的的熱烘焙焙指的就就是堅(jiān)膜膜烘焙。。烘焙要要求揮發(fā)發(fā)掉存留留的光刻刻膠溶劑劑，提高高光刻膠膠對硅片片表面的的粘附性性。這一一步是穩(wěn)穩(wěn)固光刻刻膠，對對下面的的刻蝕和和離子注注入非常常關(guān)鍵。。一般光光刻膠的的堅(jiān)膜烘烘焙溫度度約為120°°C~140°°C，這比軟軟烘的溫溫度要高高，但也也不能太太高，否否則光刻刻膠就是是流動(dòng)從從而破壞壞圖形。。步驟八：：顯影后后檢查一旦光刻刻膠在硅硅片上形形成圖形形，就要要進(jìn)行檢檢查以確確定光刻刻膠圖形形的質(zhì)量量。這種種檢查系系統(tǒng)幾乎乎都是自自動(dòng)完成成的。檢檢查的目目的有兩兩個(gè)：找找出光刻刻膠有質(zhì)質(zhì)量問題題的硅片片；描述述光刻膠膠的工藝藝性能以以滿足規(guī)規(guī)範(fàn)要求求。如果果確定有有問題，，可以通通過去膠膠對硅片片進(jìn)行返返工。Wafer的製製造—光光刻13通過在硅硅片上製製作電子子器件，，然後淀淀積介質(zhì)質(zhì)層和到到導(dǎo)電材材料把器器件連接接起來，，可以把把硅片製製成有許許多功能能的微芯芯片。一一般來說說，互聯(lián)聯(lián)材料淀淀積在硅硅片表面面，然後後有選擇擇的去除除它，就就形成了了由光刻刻技術(shù)定定義的電電路圖形形。這一一有選擇擇的去除除材料的的工藝過過程叫做做刻蝕。?？涛g的的基本目目標(biāo)是在在涂膠的的硅片上上正確的的複製掩掩膜圖形形。有圖圖形的光光刻膠的的層在刻刻蝕中不不受到腐腐蝕源的的侵蝕。。在半導(dǎo)體體製造中中有兩種種基本的的刻蝕工工藝：幹幹法刻蝕蝕和濕法法腐蝕。。幹法刻蝕蝕是把硅片片表面暴暴露的于于氣態(tài)中中產(chǎn)生的的等離子子體與硅硅片發(fā)生生物理或或化學(xué)反反應(yīng)，從從而去掉掉多餘的的表面材材料。幹幹法刻蝕蝕是在亞亞微米尺尺寸在刻刻蝕器件件的最主主要的方方法。在在幹法Wafer的製製造—刻刻蝕14刻蝕中，，刻蝕包包括離子子濺射和和活性元元素與硅硅片表面面的反應(yīng)應(yīng)。濕法腐蝕蝕是以液體體化學(xué)試試劑去除除硅片表表面材料料的。濕濕法腐蝕蝕一般知知識(shí)用在在尺寸較較大的情情況下（（大於3微米）。。濕法腐腐蝕仍然然會(huì)被用用來腐蝕蝕硅片上上的某些些層或者者用來去去除幹法法刻蝕后后的殘留留物。Wafer的製製造—光光刻15本征硅的的到點(diǎn)性性能很差差，只有有當(dāng)硅中中加入少少量雜質(zhì)質(zhì)，使其其結(jié)構(gòu)和和導(dǎo)電率率發(fā)生改改變時(shí)，，硅才稱稱為一種種有用的的半導(dǎo)體體。這個(gè)個(gè)過程被被稱為摻摻雜。硅硅慘雜是是製備半半導(dǎo)體期期間中的的PN結(jié)的基礎(chǔ)礎(chǔ)，而離子注入入是最重要要的摻雜雜方法。。離子注入入是通過過高壓離離子轟擊擊把雜質(zhì)質(zhì)引入硅硅片。雜雜質(zhì)通過過與硅片片發(fā)生原原子級(jí)的的高能碰碰撞，才才能被注注入。離子注入入在離子子注入機(jī)機(jī)裡面進(jìn)進(jìn)行，它它是半導(dǎo)導(dǎo)體工藝藝中最複複雜的設(shè)設(shè)備之一一（見圖圖）。注注入機(jī)包包含離子子源部分分，它能能從源材材料中產(chǎn)產(chǎn)生帶正正電荷的的雜質(zhì)離離子。離離子被吸吸出，然然後用質(zhì)質(zhì)量分析析儀將它它們分開開形成需需要摻雜雜離子的的束流。。束流中中離子的的數(shù)量與與希望引引入的硅硅片的雜雜質(zhì)有關(guān)關(guān)，離子子束在電電場中加加速，獲獲得很高高的速度度（107CM/s數(shù)量級(jí)）），使離離子有足足夠的動(dòng)動(dòng)能注入入帶硅片片的晶格格結(jié)構(gòu)中中。束流流掃描整整個(gè)硅片片，使硅硅片表面面摻雜均均勻。Wafer的製製造—離離子注入入16以上所有有的注入入工藝都都是在高高真空下下進(jìn)行的的。離子束轟轟擊過的的硅片的的能量會(huì)會(huì)轉(zhuǎn)化成成熱，導(dǎo)導(dǎo)致硅片片溫度升升高，因因此需要要進(jìn)行硅硅片冷卻卻。Wafer的製製造—離離子注入入17在硅片製製造的最最後，所所有硅片片上的芯芯片100%要經(jīng)過揀揀選（wafersort）測試，也也稱電學(xué)學(xué)揀選（（electricalsort）測試、、硅片探探針(waferprobe).硅片上每每個(gè)芯片片都要全全部按照照DC和AC的產(chǎn)品品功能能規(guī)格格進(jìn)行行測試試。芯片揀揀選測測試通通常是是用自自動(dòng)測測試設(shè)設(shè)備（（automatedtestequipment,ATE）.測試的的算法法是工工程師師編寫寫的，，能控控制測測試儀儀器進(jìn)進(jìn)行測測量的的計(jì)算算機(jī)程程序。。在進(jìn)行行測試試之前前，會(huì)會(huì)先使使用樣樣片來來檢測測測試試儀器器的設(shè)設(shè)置。。樣片片是能能確保保測試試系統(tǒng)統(tǒng)正常常工作作的已已知的的合格格硅片片。測測試開開始時(shí)時(shí)，硅硅片先先被從從盒裡裡轉(zhuǎn)移移到探探針臺(tái)臺(tái)，然然後被被放在在真空空托盤盤上。。探針針對準(zhǔn)準(zhǔn)在軟軟件控控制下下自動(dòng)動(dòng)完成成。機(jī)機(jī)械探探針接接觸壓壓焊點(diǎn)點(diǎn)以建建立電電學(xué)連連接。。探針針臺(tái)和和ATE連接，，根據(jù)據(jù)測試試算法法進(jìn)行行功能能測試試。Wafer的測測試/揀選選18自動(dòng)參參數(shù)測測試系系統(tǒng)的的組成成Wafer的測測試/揀選選19在功能能測試試中，，DC測試和和AC測試都都會(huì)用用到。。DC測試如如連接接性檢檢查、、開路路/短路、、漏電電流等等測試試。通常先先進(jìn)行行DC測試，，以此此來決決定是否要要繼續(xù)續(xù)進(jìn)行行AC測試。。測試試一旦旦完成，，不合合格的的芯片片會(huì)在在計(jì)算算機(jī)數(shù)據(jù)庫庫中被被標(biāo)記記出來來，測測試結(jié)結(jié)果出出來后，芯芯片會(huì)會(huì)被分分配一一個(gè)分分類代代碼號(hào)號(hào)（如圖圖）。。通過過測試試的芯芯片會(huì)會(huì)被分分配一一個(gè)分分類代代碼號(hào)號(hào)，同同時(shí)不不合格格的芯芯片也也會(huì)按按照芯芯片的的具體體失效效類型型（如如輸出出漏電電流、、開路路、短短路等等）分分配一一個(gè)分分類代代碼。。通過過總結(jié)結(jié)分類類代碼碼便可可以得得到詳詳細(xì)的的探測測結(jié)果果。Wafer的測測試/揀選選20測試完完成后后，硅硅片將將被切切割成成一個(gè)個(gè)個(gè)的的芯片片（wafer），經(jīng)經(jīng)過篩篩選，，合格格的芯芯片將將流入入下一一個(gè)環(huán)環(huán)節(jié)，，進(jìn)行行裝配配與封封裝。。Wafer的測測試/揀選選21集成電電路的的最終終裝配配是要要將芯芯片從從硅片片上分分離出出每個(gè)個(gè)好的的芯片片，并并將芯芯片黏黏貼在在金屬屬引線線框架架或者者管殼殼上。。對於於引線線框架架裝配配，用用細(xì)線線將芯芯片表表面的的金屬屬點(diǎn)和和提供供芯片片電通通路的的引線線框架架內(nèi)端端互聯(lián)聯(lián)起來來。在芯片片分割割后，，需要要根據(jù)據(jù)該芯芯片的的功能能的需需要選選擇合合適的的frame。引線框框架（（LeadFrame）Wafer的裝裝配與與封裝裝22將芯片粘結(jié)結(jié)在引線框框架上。芯芯片的粘結(jié)結(jié)技術(shù)一般般有：環(huán)氧氧樹脂粘貼貼、共晶焊焊粘貼、玻玻璃焊粘貼貼三種。環(huán)氧樹脂粘粘貼：是將芯片片粘貼到引引線框架上上或基座上上最常用的的方法。環(huán)環(huán)氧樹脂被被滴在引線線框架或基基座的中心心，芯片貼貼片工具將將芯片背面面放在環(huán)氧氧樹脂上（（見圖），，接下來是是加熱循環(huán)環(huán)以固化環(huán)環(huán)氧樹脂。。一般情況況都是直接接使用環(huán)氧氧樹脂，但但如果芯片片和封裝的的其餘部分分之間需要要有散熱要要求，可以以在環(huán)氧樹樹脂中加入入銀粉製成成導(dǎo)熱樹脂脂。Wafer的裝配與與封裝23引線鍵合引線鍵合是是將芯片表表面的鋁壓壓合點(diǎn)合引引線框架或或基座上的的電極內(nèi)端端（有時(shí)稱稱為柱）進(jìn)進(jìn)行電連接接做常用的的方法（如如圖）引線鍵合的的三種方法法：熱壓鍵鍵合、超聲聲鍵合、熱熱超聲球鍵鍵合熱壓鍵合在熱壓鍵合合中，熱能能和壓力被被分別作用用到芯片壓壓點(diǎn)和引線線框內(nèi)端電電極以形成成金線鍵合合。一種被被稱為毛細(xì)細(xì)管劈刀的的鍵合機(jī)械械裝置，將將引線定位位在被加熱熱的芯片壓壓點(diǎn)并施加加壓Wafer的裝配與與封裝24力。力合熱熱的結(jié)合促促成金引線線和鋁點(diǎn)形形成鍵合。。然後劈刀刀移動(dòng)到引引線框架內(nèi)內(nèi)端電極，，同時(shí)輸送送附加的引引線，在那那裡用同樣樣的方法形形成另一個(gè)個(gè)鍵合點(diǎn)。。超聲鍵合超聲鍵合以以超聲能合合壓力作為為構(gòu)成引線線合壓點(diǎn)間間鍥壓的方方式基礎(chǔ)。。通過毛細(xì)細(xì)管劈刀底底部的孔輸輸送引線并并定位到芯芯片壓點(diǎn)的的上方。細(xì)細(xì)管針尖施施加壓力并并快速機(jī)械械振動(dòng)摩擦擦。通常超超聲頻率是是60kHZ(最高達(dá)到100kHZ)，已形成冶冶金Wafer的裝配與與封裝25鍵合。在這種技術(shù)術(shù)中不加熱熱基座，一一旦鍵合形形成，工具具將移動(dòng)到到引線框架架內(nèi)端電極極壓點(diǎn)，形形成鍵合，，并將引線線扯斷。Wafer的裝配與與封裝26熱超聲球鍵鍵合熱超聲球鍵鍵合是一種種結(jié)合超聲聲振動(dòng)、熱熱合壓力形形成的鍵合合技術(shù)，被被稱為球鍵鍵合。此種種鍵合的基基座溫度要要維持在約約150°C的溫度。熱熱超聲球鍵鍵合也有一一個(gè)毛細(xì)劈劈刀，由碳碳化鎢或陶陶瓷材料製製成，它通通過中心的的孔，豎直直輸送Au絲。伸出的的細(xì)絲用小小火焰或電電容放電火火花加熱，，引起絲線線的融化。。并在針尖尖形成一個(gè)個(gè)球。在鍵鍵合過程中中，超聲能能合壓力uyinqi在Au絲球合Al壓點(diǎn)間冶金金鍵合的形形成。球鍵鍵合完成后后，鍵合機(jī)機(jī)移動(dòng)到基基座內(nèi)端電電極壓點(diǎn)并并形成熱壓壓的鍥壓鍵鍵合。將引引線拉斷，，工具移動(dòng)動(dòng)到下一個(gè)個(gè)芯片壓點(diǎn)點(diǎn)。這種球鍵合合/鍥壓鍵合順順序在壓點(diǎn)點(diǎn)和內(nèi)端店店家壓點(diǎn)間間的引線連連接尺寸有有極佳的控控制，這對對更薄的集集成電路很很重要。Wafer的裝配與與封裝27Wafer的裝配與與封裝28引線鍵合質(zhì)質(zhì)量測試：：通常會(huì)采用用目測和拉拉力測試的的方法來進(jìn)進(jìn)行引線鍵鍵合質(zhì)量的的測試。拉拉線測試、、測量單個(gè)個(gè)鍵合點(diǎn)的的強(qiáng)度并標(biāo)標(biāo)出鍵合失失效的地方方。Wafer的裝配與與封裝29引線鍵合完完成后，進(jìn)進(jìn)入芯片的的封裝階段段。目前被被廣泛使用用的封裝材材料是：塑塑料封裝和和陶瓷封