半导体制造工艺设计流程.doc

半导体制造工艺流程半导体相关知识本征材料：纯硅 9-10个 250000.cm3N型硅： 掺入V族元素-磷P、砷As、锑SbP型硅： 掺入 III族元素镓Ga、硼BPN结：半 导体元件制造过程可分为前段（Front End）制程 晶圆处理制程（Wafer Fabrication；简称 Wafer Fab）、 晶圆针测制程（Wafer Probe）；后段（Back End） 构装（Packaging）、测试制程（Initial Test and Final Test）晶圆边缘检测系统一、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，为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，有时可达数千万一台，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）之后，接著进行氧化（Oxidation）及沉积，最后进行微影、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。晶圆与晶片的区别制造半导体前，必须将硅转换为晶圆片。这要从硅锭的生长开始。单晶硅是原子以三维空间模式周期形成的固体，这种模式贯穿整个材料。多晶硅是很多具有不同晶向的小单晶体单独形成的，不能用来做半导体电路。多晶硅必须融化成单晶体，才能加工成半导体应用中使用的晶圆片。晶片由晶圆切割成，直径和晶圆相同，厚度为300m由于硅很硬，要用金刚石锯来准确切割晶圆片，以得到比要求尺寸要厚一些的晶片。激光锯也有助于减少对晶圆片的损伤、厚度不均、弯曲以及翘曲缺陷。      切割晶圆片后，开始进入研磨工艺。研磨晶圆片以减少正面和背面的锯痕和表面损伤。同时打薄晶圆片并帮助释放切割过程中积累的硬力。研磨后，进入刻蚀和清洗工艺，使用氢氧化钠、乙酸和硝酸的混合物以减轻磨片过程中产生的损伤和裂纹。关键的倒角工艺是要将晶圆片的边缘磨圆，彻底消除将来电路制作过程中破损的可能性。倒角后，要按照最终用户的要求，经常需要对边缘进行抛光，提高整体清洁度以进一步减少破损。硅片监控图表 8 硅片监控晶圆（晶片）图表 10 晶圆切割晶圆（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 晶圆片二、晶圆针测制程 经过晶圆处理制程后，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）。然后晶圆将依晶粒 为单位分割成一粒粒独立的晶粒 三、IC构装制程 IC构装制程 （Packaging）：利用塑料和陶瓷包装晶粒以成积体电路目的：是为了制造出所生产的电路的保护层，避免电路受到机械性刮伤或是高温破坏。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。超净间：洁净等级主要由 微尘颗粒数/m30.1um 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 7气体净化处理系统典型的PN结隔离的掺金TTL电路工艺流程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SiO2要求：1。 杂质固浓度大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)外延层淀积图表 1 原子层淀积系统1。VPE（Vaporous phase epitaxy) 气相外延生长硅SiCl4+H2Si+HCl2。氧化TepiXjc+Xmc+TBL-up+tepi-ox第二次光刻P+隔离扩散孔图表 3CD检测设备 - 半导体国际在衬底上形成孤立的外延层岛,实现元件的隔离.SiO2涂胶烘烤-掩膜（曝光）-显影-坚膜蚀刻清洗去膜-清洗P+扩散(B)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) 图表 9 Da VinciTM湿法表面处理设备第四次光刻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。AlN-Si 欧姆接触：ND1019cm-3，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第五次光刻引线接触孔去SiO2氧化-涂胶烘烤-掩膜（曝光）-显影-坚膜蚀刻清洗去膜清洗第六次光刻金属化内连线：反刻铝图表 4 Da VinciTM湿法表面处理设备SiO2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高能点胶光刻系统图表 6 高产能点胶系统半自动焊接键合系统图表 5 半自动焊接键合系统内存修