1、半导体制造工艺流程1PPT课件半导体相关知识半导体相关知识 本征材料：纯硅 9-10个9 250000.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：NP-+2PPT课件半导体元件制造过程可分为半导体元件制造过程可分为 前段（前段（Front End）制程）制程 晶圆处理制程（晶圆处理制程（Wafer Fabrication；简称；简称 Wafer Fab）、）、 晶圆针测制程（晶圆针测制程（Wafer Probe）；）； 後段（後段（Back End） 构装（构装（Packaging）、）、测试制程（测试制程（Initial Test
2、and Final Test）3PPT课件一、晶圆处理制程一、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
3、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。4PPT课件二、晶圆针测制程二、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 5PPT课件三、三、IC构装制程构装制程 IC構裝製程（Pa
4、ckaging）：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。6PPT课件半导体制造工艺分类PMOS型双极型MOS型CMOS型NMOS型BiMOS饱和型非饱和型TTLI2LECL/CML7PPT课件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）8PPT课件半导体制造工艺分类 二 MOSIC的基本制造工艺： 根据栅工艺分
5、类 A 铝栅工艺 B 硅 栅工艺 其他分类1 、（根据沟道） PMOS、NMOS、CMOS2 、（根据负载元件）E/R、E/E、E/D 9PPT课件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10PPT课件双极型集成电路和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11PPT课件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
6、。 超净间：洁净等级主要由 微尘颗粒数/m3 0.1um 0.2um 0.3um 0.5um 5.0umI级 35 7.5 3 1 NA10 级 350 75 30 10 NA100级 NA 750 300 100 NA1000级 NA NA NA 1000 712PPT课件半导体元件制造过程半导体元件制造过程前段（前段（Front End）制程）制程-前工序 晶圆处理制程（晶圆处理制程（Wafer Fabrication；简称简称 Wafer Fab）13PPT课件典型的PN结隔离的掺金TTL电路工艺流程一次氧化衬底制备隐埋层扩散外延淀积热氧化隔离光刻隔离扩散再氧化基区扩散再分布及氧化发射区
7、光刻背面掺金发射区扩散反刻铝接触孔光刻铝淀积隐埋层光刻基区光刻再分布及氧化铝合金淀积钝化层中测压焊块光刻14PPT课件横向晶体管刨面图CBENPPNPP+P+PP15PPT课件纵向晶体管刨面图CBENPCBENPN+p+NPNPNP16PPT课件NPN晶体管刨面图ALSiO2BPP+P-SUBN+ECN+-BLN-epiP+17PPT课件1.衬底选择P型Si 10.cm 111晶向,偏离2O5O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
8、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18PPT课件第一次光刻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SiO2P-SUBN+-BL要求：1。 杂质浓度大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)19PPT课件外延层淀积1。VPE（Vaporous phase epitaxy) 气相外延生长硅SiCl4+H2Si+HCl2。氧化TepiXjc+Xmc+
9、TBL-up+tepi-oxSiO2N+-BLP-SUBN-epiN+-BL20PPT课件第二次光刻P+隔离扩散孔 在衬底上形成孤立的外延层岛,实现元件的隔离.SiO2N+-BLP-SUBN-epiN+-BLN-epiP+P+P+涂胶烘烤-掩膜（曝光）-显影-坚膜蚀刻清洗去膜-清洗P+扩散(B)21PPT课件第三次光刻P型基区扩散孔决定NPN管的基区扩散位置范围SiO2N+-BLP-SUBN-epiN+-BLP+P+P+PP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)22PPT课件第四次光刻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。 A
10、lN-Si 欧姆接触：ND1019cm-3，SiO2N+-BLP-SUBN-epiN+-BLP+P+P+PPN+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23PPT课件第五次光刻引线接触孔 SiO2N+N+-BLP-SUBN-epiN+-BLP+P+P+PPN-epi去SiO2氧化-涂胶烘烤-掩膜（曝光）-显影-坚膜蚀刻清洗去膜清洗24PPT课件第六次光刻金属化内连线：反刻铝 SiO2ALN+N+-BLP-SUBN-epiN+-BLP+P+P+PPN-epi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25PPT课件CMOS工艺集成电路26P
11、PT课件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 N-SiN-SiSiO227PPT课件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N-SiP-28PPT课件CMOS集成电路工艺-以P阱硅栅CMOS为例 3。去除SiO2，长薄氧，长Si3N4N-SiP-Si3N429PPT课件CMOS集成电路工艺-以P阱硅栅CMOS为例 4。光II-有源区光刻N-SiP-Si3N430PPT课件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N-SiP
12、-B+31PPT课件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。N-SiP-32PPT课件CMOS集成电路工艺-以P阱硅栅CMOS为例 7。光-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。N-SiP-B+33PPT课件CMOS集成电路工艺-以P阱硅栅CMOS为例 8。光-多晶硅光刻，形成多晶硅栅及多晶硅电阻多晶硅N-SiP-34PPT课件CMOS集成电路工艺-以P阱硅栅CMOS为例 9。光I-P+区光刻，P+区注入。形成PMOS管的源、漏区及P+保护环。N-SiP-B+35PPT课件CMOS集成电路工艺-
13、以P阱硅栅CMOS为例 10。光-N管场区光刻，N管场区注入，形成NMOS的源、漏区及N+保护环。光刻胶N-SiP-As36PPT课件CMOS集成电路工艺-以P阱硅栅CMOS为例 11。长PSG（磷硅玻璃）。PSGN-SiP+P-P+N+N+37PPT课件CMOS集成电路工艺-以P阱硅栅CMOS为例 12。光刻-引线孔光刻。PSGN-SiP+P-P+N+N+38PPT课件CMOS集成电路工艺-以P阱硅栅CMOS为例 13。光刻-引线孔光刻（反刻AL）。PSGN-SiP+P-P+N+ N+VDDINOUTPNSDDS39PPT课件集成电路中电阻1ALSiO2R+PP+P-SUBN+R-VCCN+
14、-BLN-epiP+基区扩散电阻40PPT课件集成电路中电阻2SiO2RN+P+P-SUBRN+-BLN-epiP+发射区扩散电阻41PPT课件集成电路中电阻3基区沟道电阻SiO2RN+P+P-SUBRN+-BLN-epiP+P42PPT课件集成电路中电阻4外延层电阻SiO2RP+P-SUBRN-epiP+PN+43PPT课件集成电路中电阻5MOS中多晶硅电阻SiO2Si多晶硅氧化层其它：MOS管电阻44PPT课件集成电路中电容1SiO2A-P+P-SUBB+N+-BLN+EP+NP+-IA-B+Cjs发射区扩散层隔离层隐埋层扩散层PN电容45PPT课件集成电路中电容2MOS电容AlSiO2A
15、LP+P-SUBN-epiP+N+N+46PPT课件微电子制造工艺47PPT课件IC常用术语 圆片：硅片芯片(Chip, Die)：6、8 ：硅（园）片直径：1 25.4mm6150mm; 8200mm; 12300mm; 亚微米1m的设计规范深亚微米 0反型层 沟道源（Source）S漏（Drain）D栅（Gate）G栅氧化层厚度：50埃1000埃（5nm100nm）VT阈值电压电压控制N N沟沟MOSMOS（NMOSNMOS） P型衬底，受主杂质； 栅上加正电压，表面吸引电子，反型，电子通道； 漏加正电压，电子从源区经N沟道到达漏区，器件开通。66PPT课件N衬底p+p+漏源栅栅氧化层场氧
16、化层沟道P P沟沟MOSMOS（PMOSPMOS）GDSVTVGSID+-VDS 0 N型衬底，施主杂质，电子导电； 栅上加负电压，表面吸引空穴，反型，空穴通道； 漏加负电压，空穴从源区经P沟道到达漏区，器件开通。67PPT课件CMOS CMOS：Complementary Symmetry Metal Oxide Semiconductor 互补对称金属氧化物半导体特点：低功耗VSSVDDVoViCMOS倒相器PMOSNMOSI/OI/OVDDVSSCCCMOS传输门68PPT课件N-SiP+P+n+n+P-阱DDVoVGVSSSSVDDCMOS倒相器截面图CMOS倒相器版图69PPT课件p
17、wellactivepolyN+ implantP+ implantomicontactmetalA NMOS Example70PPT课件pwellPwellActivePolyN+ implantP+ implantOmicontactMetal71PPT课件Ntype SiSiO2光刻胶光刻胶光光MASK Pwell72PPT课件Ntype SiSiO2光刻胶光刻胶光刻胶光刻胶MASK Pwell73PPT课件Ntype SiSiO2光刻胶光刻胶光刻胶光刻胶SiO274PPT课件Ntype SiSiO2SiO2Pwell75PPT课件pwellactivePwellActivePolyN
18、+ implantP+ implantOmicontactMetal76PPT课件Ntype SiSiO2PwellSiO2光刻胶光刻胶MASK activeMASK ActiveSi3N477PPT课件Ntype SiSiO2PwellSiO2光刻胶光刻胶光刻胶光刻胶MASK activeMASK ActiveSi3N478PPT课件Ntype SiSiO2PwellSiO2光刻胶光刻胶光刻胶光刻胶Si3N479PPT课件Ntype SiSiO2PwellSiO2场氧场氧场氧场氧场氧场氧PwellSi3N480PPT课件Ntype SiSiO2Pwell场氧场氧场氧场氧场氧场氧Pwell81
19、PPT课件Ntype SiSiO2PwellSiO2场氧场氧场氧场氧场氧场氧Pwellpoly82PPT课件activepwellpolyPwellActivePolyN+ implantP+ implantOmicontactMetal83PPT课件Ntype SiSiO2PwellSiO2MASK poly场氧场氧场氧场氧场氧场氧Pwellpoly光刻胶光刻胶84PPT课件Ntype SiSiO2PwellSiO2MASK poly场氧场氧场氧场氧场氧场氧Pwell光刻胶光刻胶poly85PPT课件Ntype SiSiO2PwellSiO2场氧场氧场氧场氧场氧场氧Pwellpoly86PP
20、T课件Ntype SiSiO2PwellSiO2场氧场氧场氧场氧场氧场氧Pwellpoly87PPT课件activepwellpolyN+ implantPwellActivePolyN+ implantP+ implantOmicontactMetal88PPT课件Ntype SiSiO2PwellSiO2MASK N+场氧场氧场氧场氧场氧场氧Pwellpoly光刻胶光刻胶89PPT课件Ntype SiSiO2PwellSiO2场氧场氧场氧场氧场氧场氧Pwell光刻胶光刻胶polyN+ implantS/D90PPT课件activepwellpolyP+ implantPwellActivePolyN+ implantP+ implantOmicontactMetal91PPT课件Ntype SiSiO2PwellSiO2MASK N+场氧场氧场氧场氧场氧场氧Pwellpoly光刻胶光刻胶光光S/D92PPT课件93PPT课件94PPT课件95PPT课件96PPT课件97PPT课件外延生长98PPT课件隔离层扩散99PPT课件基区扩散100PPT课件发射极扩散101PPT课件氧化102PPT课件接触孔103PPT课件金属层104PPT课件定型金属层105PPT课件
