集成電路制備工藝

1、集成電路集成電路Contentsv集成電路的定義v集成電路的分類v集成電路的工藝微電子微電子技術課程技術課程ppt微電子技術課程微電子技術課程ppt集成電路定義集成電路定義v集成電路（integrated circuit）是一種微型電子器件或部件。采用一定的工藝，把一個電路中所需的晶體管、二極管、電阻、電容和電感等元件及布線互連一起，制作在一小塊或 幾小塊半導體晶片或介質(zhì)基片上，然后封裝在一個管殼內(nèi)，成為具有所需電路功能的微型結構；其中所有元件在結構上已組成一個整體，使電子元件向著微小型化、 低功耗和高可靠性方面邁進了一大步。它在電路中用字母“IC”表示。集成電路分類集成電路分類v按其按其功能

2、結構功能結構：可以分為模擬集成電路、數(shù)字集成電路和數(shù)/模混合集成電路三大 集成電路類。v按制作按制作工藝：工藝：半導體集成電路和膜集成電路。v按導電按導電類型：類型：雙極型集成電路和單極型集成電路，他們都是數(shù)字集成電路。微電子技術課程微電子技術課程ppt集成電路分類集成電路分類v按集成度按集成度高低高低：v 小規(guī)模集成電路：小規(guī)模集成電路：SSI 英文全名為 Small Scale Integration, 邏輯門10個以下 或 晶體管 100個以下。v 中規(guī)模集成電路：中規(guī)模集成電路：MSI 英文全名為 Medium Scale Integration, 邏輯門11100個 或 晶體管 10

3、11k個。v 大規(guī)模集成電路：大規(guī)模集成電路：LSI 英文全名為 Large Scale Integration, 邏輯門1011k個 或 晶體管 1,00110k個。v 超大規(guī)模集成電路：超大規(guī)模集成電路：VLSI 英文全名為 Very large scale integration, 邏輯門1,00110k個 或 晶體管 10,001100k個。v 特大規(guī)模集成電路：特大規(guī)模集成電路：ULSI 英文全名為 Ultra Large Scale Integration, 邏輯門10,0011M個 或 晶體管 100,00110M個。v 巨大規(guī)模集成電路：巨大規(guī)模集成電路：GLSI 英文全名為

4、Giga Scale Integration, 邏輯門1,000,001個以上 或 晶體管10,000,001個以上。微電子技術課程微電子技術課程ppt集成電路生產(chǎn)工藝集成電路生產(chǎn)工藝前部工序的主要前部工序的主要工藝工藝將設計在掩膜版將設計在掩膜版(類似于照相底片類似于照相底片)上上的圖形轉(zhuǎn)移到半導體單晶片上的圖形轉(zhuǎn)移到半導體單晶片上根據(jù)設計的需要，將各種雜質(zhì)摻雜在需根據(jù)設計的需要，將各種雜質(zhì)摻雜在需要的位置上，形成晶體管、接觸等要的位置上，形成晶體管、接觸等制作各種材料的薄膜制作各種材料的薄膜微電子技術課程微電子技術課程ppt集成電路生產(chǎn)工藝集成電路生產(chǎn)工藝光刻：接觸光刻、接近光刻、投影光刻

5、、電子束光刻：接觸光刻、接近光刻、投影光刻、電子束光刻光刻刻蝕：干法刻蝕、濕法刻蝕刻蝕：干法刻蝕、濕法刻蝕離子注入離子注入 退火退火擴散擴散氧化：干氧氧化、濕氧氧化等氧化：干氧氧化、濕氧氧化等CVD：APCVD、LPCVD、PECVDPVD：蒸發(fā)、濺射：蒸發(fā)、濺射微電子技術課程微電子技術課程ppt集成電路生產(chǎn)工藝集成電路生產(chǎn)工藝 （在另外廠房）（在另外廠房）（1）背面減?。?）劃片、掰片（3）粘片（4）壓焊：金絲球焊（5）切筋（6）整形（7）封裝（8）沾錫：保證管腳的電學接觸（9）老化（10）成測（11）打字、包裝微電子技術課程微電子技術課程ppt 劃片微電子技術課程微電子技術課程ppt集成電

6、路生產(chǎn)工藝集成電路生產(chǎn)工藝集成電路生產(chǎn)工藝集成電路生產(chǎn)工藝圖形轉(zhuǎn)換：光刻v光刻三要素：光刻膠、掩膜版和光刻機 光刻膠又叫光致抗蝕劑，它是由光敏化合物、基體樹脂和有機溶劑等混合而成的膠狀液體 光刻膠受到特定波長光線的作用后，導致其化學結構發(fā)生變化，使光刻膠在某種特定溶液中的溶解特性改變v正膠：分辨率高，在超大規(guī)模集成電路工藝中，一般只采用正膠v負膠：分辨率差，適于加工線寬3m的線條微電子技術課程微電子技術課程ppt微電子技術課程微電子技術課程ppt集成電路生產(chǎn)工藝集成電路生產(chǎn)工藝正膠：曝光后可溶正膠：曝光后可溶 分辨率高分辨率高負膠：曝光后不可溶負膠：曝光后不可溶 分辨率差分辨率差集成電路生產(chǎn)工

7、藝集成電路生產(chǎn)工藝圖形轉(zhuǎn)換：光刻幾種常見的光刻方法接觸式光刻、接近式曝光、投影式曝光微電子技術課程微電子技術課程ppt集成電路生產(chǎn)工藝集成電路生產(chǎn)工藝圖形轉(zhuǎn)換：光刻 接觸式光刻：分辨率較高，但是容易造成掩膜版和光刻膠膜的損傷。 接近式曝光：在硅片和掩膜版之間有一個很小的間隙(1025m)，可以大大減小掩膜版的損傷，分辨率較低 投影式曝光：利用透鏡或反射鏡將掩膜版上的圖形投影到襯底上的曝光方法，目前用的最多的曝光方式微電子技術課程微電子技術課程ppt集成電路生產(chǎn)工藝集成電路生產(chǎn)工藝微電子技術課程微電子技術課程pptn 濕法刻蝕濕法刻蝕 利用液態(tài)化學試劑或溶液通過化學反應進行刻蝕的方法。n 干法刻

8、蝕干法刻蝕 主要指利用低壓放電產(chǎn)生的等離子體中的離子或游離基（處于激發(fā)態(tài)的分子、原子及各種原子基團等）與材料發(fā)生化學反應或通過轟擊等物理作用而達到刻蝕的目的。圖形轉(zhuǎn)換：刻蝕技術集成電路生產(chǎn)工藝集成電路生產(chǎn)工藝圖形轉(zhuǎn)換：刻蝕技術v濕法腐蝕： 濕法化學刻蝕在半導體工藝中有著廣泛應用：磨片、拋光、清洗、腐蝕 優(yōu)點是選擇性好、重復性好、生產(chǎn)效率高、設備簡單、成本低 缺點是鉆蝕嚴重、對圖形的控制性較差微電子技術課程微電子技術課程ppt集成電路生產(chǎn)工藝集成電路生產(chǎn)工藝圖形轉(zhuǎn)換：刻蝕技術v干法刻蝕v 濺射與離子束銑蝕：通過高能惰性氣體離子的物理轟擊作用刻蝕，各向異性性好，但選擇性較差v 等離子刻蝕(Plas

9、ma Etching)：利用放電產(chǎn)生的游離基與材料發(fā)生化學反應，形成揮發(fā)物，實現(xiàn)刻蝕。選擇性好、對襯底損傷較小，但各向異性較差v 反應離子刻蝕(Reactive Ion Etching，簡稱為RIE)：通過活性離子對襯底的物理轟擊和化學反應雙重作用刻蝕。具有濺射刻蝕和等離子刻蝕兩者的優(yōu)點，同時兼有各向異性和選擇性好的優(yōu)點。目前，RIE已成為VLSI工藝中應用最廣泛的主流刻蝕技術微電子技術課程微電子技術課程ppt集成電路生產(chǎn)工藝集成電路生產(chǎn)工藝雜質(zhì)摻雜雜質(zhì)摻雜摻雜摻雜：將需要的雜質(zhì)摻入特定的半導體區(qū)域中，以：將需要的雜質(zhì)摻入特定的半導體區(qū)域中，以達到改變半導體電學性質(zhì)，形成達到改變半導體電學性質(zhì)

10、，形成PN結、電阻、歐結、電阻、歐姆接觸姆接觸磷磷(P)、砷、砷(As) N型硅型硅硼硼(B) P型硅型硅摻雜工藝：擴散、離子注入摻雜工藝：擴散、離子注入微電子技術課程微電子技術課程ppt集成電路生產(chǎn)工藝集成電路生產(chǎn)工藝雜質(zhì)雜質(zhì)摻雜：擴散摻雜：擴散v替位式擴散：雜質(zhì)離子占據(jù)硅原子的位： 、族元素 一般要在很高的溫度(9501280)下進行 磷、硼、砷等在二氧化硅層中的擴散系數(shù)均遠小于在硅中的擴散系數(shù)，可以利用氧化層作為雜質(zhì)擴散的掩蔽層v間隙式擴散：雜質(zhì)離子位于晶格間隙： Na、K、Fe、Cu、Au 等元素 擴散系數(shù)要比替位式擴散大67個數(shù)量級微電子技術課程微電子技術課程ppt微電子技術課程微電

11、子技術課程ppt集成電路生產(chǎn)工藝集成電路生產(chǎn)工藝替位式擴散替位式擴散 低擴散率低擴散率 雜質(zhì)離子占據(jù)硅原子的位置（Ar、P）雜質(zhì)摻雜：擴散雜質(zhì)摻雜：擴散間隙式擴散間隙式擴散 高擴散率高擴散率 雜質(zhì)離子位于晶格間隙（Au、Cu、Ni）集成電路生產(chǎn)工藝集成電路生產(chǎn)工藝雜質(zhì)摻雜：擴散雜質(zhì)摻雜：擴散微電子技術課程微電子技術課程ppt橫向擴散橫向擴散 當原子擴散進入硅片，向各個方向運動，雜質(zhì)沿硅片表面方向遷移，會導致溝道長度減小，影響器件的集成度和性能。集成電路生產(chǎn)工藝集成電路生產(chǎn)工藝離子注入離子注入v離子注入：將具有很高能量的雜質(zhì)離子射入半導體襯底中的摻雜技術，摻雜深度由注入雜質(zhì)離子的能量和質(zhì)量決定，

12、摻雜濃度由注入雜質(zhì)離子的數(shù)目(劑量)決定 摻雜的均勻性好 溫度低：小于600 可以精確控制雜質(zhì)分布 可以注入各種各樣的元素 橫向擴展比擴散要小得多。 可以對化合物半導體進行摻雜微電子技術課程微電子技術課程ppt集成電路生產(chǎn)工藝集成電路生產(chǎn)工藝微電子技術課程微電子技術課程ppt集成電路生產(chǎn)集成電路生產(chǎn)工藝：工藝：退火退火v退火：也叫熱處理，集成電路工藝中所有的在氮氣等不活潑氣氛中進行的熱處理過程都可以稱為退火 激活雜質(zhì)：使不在晶格位置上的離子運動到晶格位置，以便具有電活性，產(chǎn)生自由載流子，起到雜質(zhì)的作用 消除損傷v退火方式： 爐退火 快速退火：脈沖激光法、掃描電子束、連續(xù)波激光、非相干寬帶頻光源

13、(如鹵光燈、電弧燈、石墨加熱器、紅外設備等)微電子技術課程微電子技術課程ppt集成電路生產(chǎn)集成電路生產(chǎn)工藝：工藝：制膜制膜微電子技術課程微電子技術課程ppt氧化工藝氧化工藝氧化膜的生長方法，硅片放在1000C左右的氧氣氣氛中生長氧化層。選擇選擇SiO2的原因的原因l 理想的電絕緣材料：eg大于8eVl 化學性質(zhì)非常穩(wěn)定l 室溫下只與氫氟酸發(fā)生化學反映l 能很好的附著在大多數(shù)材料上l 可生長或淀積在硅圓片上氧化膜的用途氧化膜的用途l 光刻掩蔽（擴散掩蔽層，離子注入阻擋層）l MOS管的絕緣 柵材料l 電路隔離或絕緣介質(zhì)，多層金屬間介質(zhì)l 電容介質(zhì)材料l 器件表面保護或鈍化膜濕氧氧化：濕氧氧化：氧

14、化速率高但結構略粗糙，制備厚二氧化硅薄膜干氧氧化：干氧氧化：結構致密但氧化速率極低集成電路生產(chǎn)工藝：制膜集成電路生產(chǎn)工藝：制膜SiO2的制備方法v熱氧化法 干氧氧化 水蒸汽氧化 濕氧氧化 干氧濕氧干氧(簡稱干濕干)氧化法 氫氧合成氧化v化學氣相淀積法v熱分解淀積法v濺射法微電子技術課程微電子技術課程ppt集成電路生產(chǎn)工藝：制膜集成電路生產(chǎn)工藝：制膜化學汽相淀積(CVD)v化學汽相淀積(Chemical Vapor Deposition)：通過氣態(tài)物質(zhì)的化學反應在襯底上淀積一層薄膜材料的過程vCVD技術特點： 具有淀積溫度低、薄膜成分和厚度易于控制、均勻性和重復性好、臺階覆蓋優(yōu)良、適用范圍廣、設

15、備簡單等一系列優(yōu)點 CVD方法幾乎可以淀積集成電路工藝中所需要的各種薄膜，例如摻雜或不摻雜的SiO2、多晶硅、非晶硅、氮化硅、金屬(鎢、鉬)等微電子技術課程微電子技術課程ppt集成電路生產(chǎn)工藝：制膜集成電路生產(chǎn)工藝：制膜常用的CVD技術有：(1) 常壓化學氣相淀積（APCVD）；(2) 低壓化學氣相淀積（LPCVD）；(3) 等離子增強化學氣相淀積（PECVD）較為常見的CVD薄膜包括有： 二氧化硅（通常直接稱為氧化層） 氮化硅 多晶硅 難熔金屬與這類金屬之其硅化物 微電子技術課程微電子技術課程ppt集成電路生產(chǎn)工藝：制膜集成電路生產(chǎn)工藝：制膜物物理氣相理氣相淀積（淀積（PVD） PVD主要是

16、一種物理制程而非化學制程。此技術一般使用主要是一種物理制程而非化學制程。此技術一般使用氬等鈍氣體，在高真空中將氬離子加速以撞擊濺鍍靶材后，氬等鈍氣體，在高真空中將氬離子加速以撞擊濺鍍靶材后，可將靶材原子一個個濺擊出來，并使被濺擊出來的材質(zhì)可將靶材原子一個個濺擊出來，并使被濺擊出來的材質(zhì)（通常為鋁、鈦或其合金）如雪片般沉積在晶圓表面。（通常為鋁、鈦或其合金）如雪片般沉積在晶圓表面。PVD以真空、濺射、離子化或離子束等方法使純金屬揮發(fā)，以真空、濺射、離子化或離子束等方法使純金屬揮發(fā)，與碳化氫、氮氣等氣體作用，加熱至與碳化氫、氮氣等氣體作用，加熱至400600（約（約13小時）後，蒸鍍碳化物、氮化物

17、、氧化物及硼化物等小時）後，蒸鍍碳化物、氮化物、氧化物及硼化物等110m厚之微細粒狀薄膜。厚之微細粒狀薄膜。PVD可分為三種技術：可分為三種技術： (1)蒸鍍（蒸鍍（Evaporation）；）； (2)分子束外延成長（分子束外延成長（Molecular Beam Epitaxy MBE）；）； (3)濺鍍（濺鍍（Sputter）微電子技術課程微電子技術課程ppt集成電路生產(chǎn)工藝：制膜集成電路生產(chǎn)工藝：制膜物理氣相淀積（物理氣相淀積（PVD）技術有兩種基本工藝：蒸鍍法和濺鍍法。前技術有兩種基本工藝：蒸鍍法和濺鍍法。前者是通過把被蒸鍍物質(zhì)者是通過把被蒸鍍物質(zhì)(如鋁如鋁)加熱，利用被蒸鍍加熱，利用

18、被蒸鍍物質(zhì)在高溫下物質(zhì)在高溫下(接近物質(zhì)的熔點接近物質(zhì)的熔點)的飽和蒸氣壓，的飽和蒸氣壓，來進行薄膜沉積；后者是利用等離子體中的離子，來進行薄膜沉積；后者是利用等離子體中的離子，對被濺鍍物質(zhì)電極進行轟擊，使氣相等離子體內(nèi)對被濺鍍物質(zhì)電極進行轟擊，使氣相等離子體內(nèi)具有被濺鍍物質(zhì)的粒子，這些粒子沉積到硅表面具有被濺鍍物質(zhì)的粒子，這些粒子沉積到硅表面形成薄膜。在集成電路中應用的許多金屬或合金形成薄膜。在集成電路中應用的許多金屬或合金材料都可通過蒸鍍或濺鍍的方法制造。材料都可通過蒸鍍或濺鍍的方法制造。 淀積鋁淀積鋁也稱為金屬化工藝，它是在真空設備中進行的。也稱為金屬化工藝，它是在真空設備中進行的。在硅

19、片的表面形成一層鋁膜在硅片的表面形成一層鋁膜。微電子技術課程微電子技術課程ppt集成電路生產(chǎn)工藝：制膜集成電路生產(chǎn)工藝：制膜微電子技術課程微電子技術課程ppt集成電路生產(chǎn)工藝：制膜集成電路生產(chǎn)工藝：制膜微電子技術課程微電子技術課程ppt濺射鍍膜集成電路生產(chǎn)工藝集成電路生產(chǎn)工藝微電子技術課程微電子技術課程ppt涂（正）光刻膠涂（正）光刻膠選擇曝光選擇曝光熱氧化熱氧化SiO2 下面以下面以N型硅上擴散硼制做二極管型硅上擴散硼制做二極管為例，說明平面工藝的工藝流程。為例，說明平面工藝的工藝流程。集成電路生產(chǎn)工藝集成電路生產(chǎn)工藝微電子技術課程微電子技術課程ppt去膠去膠摻雜摻雜顯影（第顯影（第1次圖形

20、轉(zhuǎn)移）次圖形轉(zhuǎn)移）刻蝕（第刻蝕（第2次圖形轉(zhuǎn)移）次圖形轉(zhuǎn)移）集成電路生產(chǎn)工藝集成電路生產(chǎn)工藝微電子技術課程微電子技術課程ppt蒸發(fā)鍍蒸發(fā)鍍Al 膜膜光刻光刻Al 電極電極CVD 淀積淀積SiO2 膜膜光刻引線孔光刻引線孔集成電路生產(chǎn)集成電路生產(chǎn)工藝工藝:測試與封裝測試與封裝 微電子技術課程微電子技術課程ppt 一旦所有制造與測試完成，芯片被從硅片上分離出電性能良好的器件，進行封裝。為芯片提供一種保護以便它能粘貼到其他裝配板上。 芯片測試芯片測試 裝配和封裝裝配和封裝 由于日益復雜的IC電路、材料和工藝的迅速引入，100%的正確率在先進硅片制造中幾乎是不可能出現(xiàn)的。 測試對于檢驗芯片的功能性來說是一項非常重要的工作。測試必須能分辨好的芯片和有缺陷的芯片，合格的芯片將繼續(xù)下面的工藝， 有缺陷的芯片通過修正或報廢。集成電路生產(chǎn)工藝集成電路生產(chǎn)工藝:測試與封裝測試與封裝 微電子技術課程微電子技術課程ppt硅片測試硅片測試硅片測試是為了檢驗規(guī)格的一致性而在硅片級集成電路上進行的電學參數(shù)測量。測試測試IC生產(chǎn)階段生產(chǎn)階段