IC基礎(chǔ)知識及制造工藝流程

新員工入職培訓(xùn)IC基礎(chǔ)知識制造工藝流程&2/4/2023IC基礎(chǔ)知識2/4/20231集成電路產(chǎn)業(yè)鏈制版硅片硅片工藝設(shè)計封裝測試純水凈化設(shè)備化學(xué)品2/4/20232硅片和芯片2/4/20233目錄-最重要的半導(dǎo)體材料－硅-構(gòu)建集成電路的主要半導(dǎo)體器件-關(guān)鍵的集成電路工藝制造技術(shù)-集成電路技術(shù)發(fā)展趨勢2/4/20234目錄-最重要的半導(dǎo)體材料－硅-構(gòu)建集成電路的主要半導(dǎo)體器件-關(guān)鍵的集成電路工藝制造技術(shù)-集成電路技術(shù)發(fā)展趨勢2/4/20235絕緣體／半導(dǎo)體／導(dǎo)體－絕緣體電阻率=108-1018-cm

石英、玻璃、塑料－半導(dǎo)體電阻率=10-3-108-cm鍺、硅、砷化鎵、磷化銦－導(dǎo)體電阻率=10-3-10-8-cm

金、銀、銅、鋁

2/4/20236周

期

表

中

硅

及

相

關(guān)

元

素周期IIIIIIVVVI2B

硼C

碳N

氮3Al

鋁Si

硅P

磷4Ga

鎵Ge鍺As

砷5In銦Sn

錫Sb

銻6Pb

鉛2/4/20237硅的摻雜和電阻率-Ｐ型和Ｎ型硅Ｐ型摻雜元素硼、鋁Ｎ型摻雜元素磷、砷、銻-摻雜濃度和電阻率

1x1015硼0.00001%10-cm（襯底）

1x1016磷0.0001%0.5-cm（外延）

1x1018硼0.01%0.05-cm（基區(qū)）

1x1020磷1%0.0008-cm（發(fā)射區(qū)）2/4/20238硅片主要技術(shù)指標-晶向(111)/(100)-摻雜類型／摻雜劑P/N-電阻率-直徑／厚度-平整度/彎曲度／翹曲度-含氧量／含碳量-缺陷（位錯密度／層錯密度）-表面顆粒2/4/20239目錄-最重要的半導(dǎo)體材料－硅-構(gòu)建集成電路的主要半導(dǎo)體器件-關(guān)鍵的集成電路工藝制造技術(shù)-集成電路技術(shù)發(fā)展趨勢2/4/202310構(gòu)建集成電路的主要半導(dǎo)體器件-PN結(jié)／二極管(Diode)-（雙極）晶體管（Bipolartransistor)-MOSFET（金屬－氧化物－半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管）

ppnnpMOS2/4/202311雙極型集成電路(NPN)2/4/202312雙極型集成電路(PNP)2/4/202313目錄-最重要的半導(dǎo)體材料－硅-構(gòu)建集成電路的主要半導(dǎo)體器件-關(guān)鍵的集成電路工藝制造技術(shù)-集成電路技術(shù)發(fā)展趨勢2/4/202314集成電路基礎(chǔ)工藝技術(shù)-圖形轉(zhuǎn)移工藝

光刻刻蝕(Etching)-摻雜工藝熱擴散和熱氧化離子注入(Ionimplantation)-外延(Epitaxy)-薄膜工藝化學(xué)氣相淀積(CVD)

濺射(Sputtering)2/4/202315IC基礎(chǔ)工藝技術(shù)

圖形轉(zhuǎn)移氧化硅光刻膠硅襯底掩膜2/4/202316IC基礎(chǔ)工藝(1)－光刻-光刻機分辨率L=k/N

光源UV(g:436nmi:365nm)DUV248nm

對準精度曝光方式接觸／投影1:1/5:1

-光刻膠正膠／負膠抗蝕性感光速度分辨率

2/4/202317光刻機2/4/202318IC基礎(chǔ)工藝(2)－刻蝕濕法腐蝕

SiO2+6HFH2+SiF6+2H2O

NH4F

NH3+HF有側(cè)向腐蝕問題，難以得到細線條

光刻膠光刻膠2/4/202319IC基礎(chǔ)工藝(2)－刻蝕干法刻蝕

等離子體F*

擴散吸附反應(yīng)解吸附

2/4/202320RIE刻蝕裝置(ParallelPlate)RFGasPumpingSystem2/4/202321RIE刻蝕機(AME8330)2/4/202322IC基礎(chǔ)工藝(2)－刻蝕被刻膜

刻蝕劑SiO2CHF3,C3F8SiCH4/O2,SF6AlSiCL4/Cl2,BCl3/Cl2Si3N4CHF3/O2PhotoresistO22/4/202323IC基礎(chǔ)工藝(3)－擴散-擴散方程dC/dt=Dd2C/dx2恒定表面源C(x,t)=Cserf[x/2(Dt)1/2]恒定雜質(zhì)總量C(x,t)=S/(Dt)1/2exp(-x2/4Dt)-擴散系數(shù)依賴于溫度和濃度-氧化硅對雜質(zhì)的掩蔽能力2/4/202324IC基礎(chǔ)工藝(3)－擴散2/4/202325IC基礎(chǔ)工藝(3)－擴散2/4/202326擴散（氧化）爐2/4/202327IC基礎(chǔ)工藝(4)-

熱氧化-硅在氧氣或水汽中的熱氧化反應(yīng)

Si+O2---SiO2（干氧氧化，適合薄氧化層）

Si+2H2O---SiO2+2H2（濕氧氧化，厚氧化層）-氧化生長速率

線性率x=B/A(t+)

O2

拋物線率x2=B(t+)-氧化層質(zhì)量要求厚度均勻，致密，清潔（無鈉離子沾污）SiO2Si2/4/202328IC基礎(chǔ)工藝(5)－離子注入-離子注入原理雜質(zhì)分布投影射程和標準偏差-離子注入摻雜的優(yōu)點摻雜量可精確控制溫度低易得淺結(jié)可帶膠注入2/4/202329IC基礎(chǔ)工藝(5)－離子注入2/4/202330IC基礎(chǔ)工藝(5)－離子注入2/4/202331IC基礎(chǔ)工藝(6)－外延SiSiSiSiCl4H2HCl2/4/202332外

延

爐2/4/202333IC基礎(chǔ)工藝(7)－化學(xué)氣相淀積（CVD）-原理

SiH4+O2SiO2+2H2

Si(OC2H5)4SiO2+副產(chǎn)物

SiH4Si+2H2-LPCVD和PECVD-PSG和BPSG-用途導(dǎo)電層間絕緣層，鈍化層2/4/202334CVD系統(tǒng)CVD系統(tǒng)組成：氣體源和輸氣系統(tǒng)質(zhì)量流控制反應(yīng)器加熱系統(tǒng)2/4/2023352/4/202336IC基礎(chǔ)工藝(8)－濺射（金屬）基座硅片靶轟擊離子Ar+濺射原子2/4/202337IC基礎(chǔ)工藝(8)－濺射（金屬）-常用金屬化材料-鋁硅系統(tǒng)優(yōu)點低電阻率低接觸電阻－純Al－AlSi（防鋁尖刺）－AlSiCu（抗電遷移）-合金化-多層布線

2/4/2023382/4/202339目錄-最重要的半導(dǎo)體材料－硅-構(gòu)建集成電路的主要半導(dǎo)體器件-關(guān)鍵的集成電路工藝制造技術(shù)-集成電路技術(shù)發(fā)展趨勢2/4/202340集成電路技術(shù)發(fā)展趨勢-特征線寬不斷變細、集成度不斷提高-芯片和硅片面積不斷增大-數(shù)字電路速度不斷提高-結(jié)構(gòu)復(fù)雜化、功能多元化2/4/202341IC技術(shù)發(fā)展趨勢(1)

特征線寬隨年代縮小2/4/202342IC技術(shù)發(fā)展趨勢(2)

硅片大直徑化直徑

mm(inch)75(3)100(4)125(5)150(6)200(8)300(12)引入年代1972197519771984199019972/4/202343IC技術(shù)發(fā)展趨勢(3)

CPU運算能力年代CPU型號運算能力(MIPS)19822861198838681991486201995Pentium1001996Pentium-22501998Pentium-38002001Pentium-420002/4/202344IC技術(shù)發(fā)展趨勢(4)

結(jié)構(gòu)復(fù)雜化功能多元化BipolarCMOSBiCMOSDMOSBCD2/4/202345IC制造工藝流程2/4/202346雙極型集成電路工藝流程(1)

埋層-埋層光刻－埋層注入

Sb+P(111)Sub10-20-cm2/4/202347雙極型集成電路工藝流程(1)

埋層-埋層擴散

P襯底N+

埋層2/4/2023482/4/202349雙極型集成電路工藝流程(2)

外延

PSubN-EpiN+埋層2/4/202350雙極型集成電路工藝流程(3)

隔離隔離光刻－隔離注入PSubN-EpiN+2/4/202351雙極型集成電路工藝流程(3)

隔離-隔離擴散N-EpiN+P+P+2/4/202352雙極型集成電路工藝流程(3)

隔離2/4/202353雙極型集成電路工藝流程(4)

基區(qū)-基區(qū)光刻－硼離子注入－基區(qū)擴散N

埋層P+P+基區(qū)2/4/202354雙極型集成電路工藝流程(5)

發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)光刻－磷離子注入－發(fā)射區(qū)擴散N+P+P+

pN+N+2/4/202355雙極型集成電路工藝流程(6)

接觸孔-接觸孔光刻－接觸孔腐蝕N+P+P+

pN+N+2/4/202356雙極型集成電路工藝流程(7)

金屬連線-濺射金屬（Al或AlSiCu)－光刻－腐蝕N+P+P+

pN+N+2/4/2023572/4/202358集成電路制造環(huán)境-超凈廠房無塵、恒溫、恒濕-超凈水-超凈氣體常用氣體(N2、O2、H2)純度>99.9999%

顆粒控制嚴0.5/L-超凈化學(xué)藥品純度、顆粒控制2/4/202359IC制造環(huán)境(1)

凈化級別和顆粒數(shù)凈化級別顆粒數(shù)／立方英尺0.12um0.2um0.3um0.5um0.289.912.140.870.281357.53110350753010100

----7503001001000------------10002/4/202360凈化室2/4/202361IC制造環(huán)境(2)

超純水-極高的電阻率（導(dǎo)電離子很少）18M-無機顆粒數(shù)<5ppb(SiO2)-總有機碳（TOC)<20ppb-細菌數(shù)0.1/ml2/4/202362IC制造環(huán)境(3)

超純化學(xué)藥品DRAM64k256K4M64M1G線寬(um)3.02.01.00.50.25試劑純度10ppm5ppm100ppb80ppb10ppb