半导体前道制造工艺流程.知识讲解

1、半导体相关知识 本征材料：纯硅9-10个9 250000Q.cm N型硅：掺入V族元素-磷P、机|iAs、锚 Sb P型硅：掺入HI族元素一像Ga、硼BPOOOO4*N PN 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)；彼段(Back End)构装(Packaging)、测试制程(Initial Test and Final Test)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口.

2、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)之彳爰，接著进行氧 化(Oxidation)及沈积，最彳爰进行微影、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。二、晶圆针测制程经过Wafer Fab之制程彳灸，晶圆上即形成 一格格的小格，我们称之为晶方或是晶粒 (

3、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(Pobe)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)。然彳爰晶圆将依晶粒 为单位分割成一粒粒独立的晶粒三、工C构装制程 IC横装裂程(Packaging)：利用塑J接 或陶瓷包装晶粒典配幺泉以成稍乾甯路目的：是卷了裂造出所生崖的甯路的保 研,避免由路受到微械性刮或是高 温破壤。乙导体制造工艺分类MOSpm6s型| |nm6s型| |cm6s型|饱和型|

4、I非由和型BiMOSTTL | I2L CL/CM1J半导体制造工艺分类双极型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PL （饱和型）半导体制造工艺分类 二MOSIC的基本制造工艺：根据栅工艺分类 A铝栅工艺 B硅栅工艺 其他分类1、（根据沟道）PMOS、NMOSs CMOS2、（根据负载元件）E/R、E/E、E/D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双极型集成电路和MOS集成电

5、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/n/0. lum 0.2umI 级357.510 级 35()75100 级 NA7501000级 NANA0.3um 0.5um5.0um31NA3()10NA300100NANA10007半导体元件制造过程前段(Front End)制程前工序处理制程(Wafer

6、Fabrication； 简称 Wafer Fab)横向晶体管刨面图P+ N P+PNP纵向晶体管刨面图C H B H E N+ C 1 B H E P+NPNPNPNPN晶体管刨面图P-SUB1 .衬底选择P 型 Si p XlOQ.cm 111 晶向，偏离 2。5。 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，经蒸播纯化后，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 利用硅品种慢慢拉出单品硅品棒。一支85公分 长，重766公斤的8寸 硅晶棒，约需2天半 时间长成。经研磨、抛

7、光、切片后，即成半导 体之原料晶圆片第一次光刻一 N+埋层扩散孔 lo减小集电极串联电阻r= 2o减小寄生PNP管的影响L蕤1口渗鬻要求，1O杂质固浓度大2o高温时在Si中的扩散系数小， 以减小上推3。与衬底品格匹配好，以减小应力涂胶 烘烤一掩膜(曝光)一显影一坚膜一蚀刻一清洗 一去膜一清洗一N+扩散(P)外延层淀积1 o VPE (Vaporous phase epitaxy) 气相夕卜延生长硅 SiCl4+Ho->Si+HCl2o 氧Tepi>Xjc+Xmc+TBL-up+tepi-oxSiO.第二次光刻一 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.SiO211

8、III 厂p+ N-epi p+ N-epi p+- .*叫卜N4BL JP-SUB涂胶一烘烤一掩膜(曝光)-显影一坚膜一蚀刻一清洗去膜清洗一P+扩散(B)第三次光亥【JP型基区扩散孔SiO2去SiO2氧化一涂胶一烘烤一掩膜(曝光)一显影一隼膜蚀刻一清洗一去膜 清洗一基区扩散(B)决定NPN管的基区扩散位置范围第四次光刻一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。 AlNSi 欧姆接触：ND>1019cm-3,P-SUBSiO?去SiO2 氧化-涂胶一烘烤一掩膜（曝光）显影坚膜蚀刻一清洗一去膜一清洗一扩散第五次光刻一引线接触孔SiO2去SiO2氧化-涂胶一烘烤一掩膜（

9、曝光）一显影一坚膜 一蚀刻一清洗一去膜一清洗第六次光刻一金属化内连线：反刻铝去SiO2氧化一涂胶一烘烤掩膜（曝光）显影一坚膜-蚀刻一清洗一去膜一清洗一蒸铝CMOS工艺集成电路CMOS集成电路工艺-以P阱硅栅CMOS为例 lo光刻I一阱区光刻，刻出阱区注入孔SiO2CMOS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 3o去除SiC>2.KSi3N4,Si3N4P-N-SiCMOS集成电路工艺-以P阱硅栅CMOS为例 4O光n-有源区光刻N-Si 5o光HIN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。CMOS集成电路工艺一以P阱硅栅CMO

10、S为例 6o光HIN管场区光刻，刻出N管场区 注入孔；N管场区注入。CMOS集成电路工艺一以P阱硅栅CMOS为例 7o光IV-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。CMOS集成电路工艺-以P阱硅栅CMOS为例 8o光V多晶硅光刻，形成多品硅栅及 多晶硅电阻多晶硅 /p-N-SiCMOS集成电路工艺-以P阱硅栅CMOS为例 9o光VI-P+区光刻，P+区注入。形成 PMOS管的源、漏区及P+保护环。CMOS集成电路工艺-以P阱硅栅CMOS为例- 10o光VH-N管场区光刻，N管场区注入,形成NMOS的源、漏区及N+保护环。As光刻胶P- Ho长PSG （磷硅玻璃）o

11、PSGCMOS集成电路工艺一以P阱硅栅CMOS为例 12o光刻VIII引线孔光刻。PSGCMOS集成电路工艺一以P阱硅栅CMOS为例- 13o光刻IX引线孔光刻（反刻AL） o集成电路中电阻1SiO2基区扩散电阻集成电路中电阻2发射区扩散电阻SiO2集成电路中电阻3基区沟道电阻SiO.R集成电路中电阻4外延层电阻集成电路中电阻5MOS中多晶硅电阻多晶硅SiO.氧化层Si其它:MOS管电阻集成电路中电容1集成电路中电容2N+MOS电容一 A1主要制程介绍矽晶IH材料（Wafer）留品是制作矽半辱酰工C所用之矽晶片，状似阅 形，故耦晶圜。材料是矽，IC（Integrated Circuit）厂用的矽晶片即 卷矽晶，因卷整片的放晶片是里完整的晶 册，故乂稀卷单晶牌。但在整髅周熊晶聘内， 聚多小晶髓的方向不相,贝悟复品聘（或多晶 那）。生成单晶微或多晶腑与晶肥生长畤的温 度，速率与都有系。一般清洗技术工艺清洁源容器清洁效果剥离光刻胶氧等离子体平板反应器刻蚀胶去聚合物H.SO4:IhO=6:l溶液槽除去有机物去自然氧化层HF:H20<1:50溶液槽产生无氧表而旋转甩干氮气甩干机无任何残留物RCA1#（碱性）NH4OH:H2O2:H2O= 1:1:15.溶液槽除去表面颗粒RCA2#