Linda集成电路制造流程简介ppt课件

1、1ConfidentialCopyright 2019. Alpha Networks Inc. All rights reserved. 2Confidential 集成電路Integrated circuit ，就是我們常說的IC 或者芯片。在介紹集成電路的製造工藝之前，讓我們先了解一下硅片。 硅片是一種單晶硅的圓形薄片，在芯片的製造過程中硅片通常被作為襯底。在一個硅片上可以同時製作機制甚至上百個特定的芯片， 隨著對集成電路製造本钱要求的不斷降低，硅片的直徑也在不斷的加大，目前，已經由最初的50mm添加到300mm,這樣就是通過同樣的工藝流程而生產出更多的芯片。3Confidential

2、硅片製備包括晶體生長、滾圓、切片 Wafer製造包括清洗、成膜、光刻、刻蝕及摻雜 Wafer測試/揀選探測、測試及揀選硅片上的每個芯片 裝配與封裝沿著劃片線將硅片切割成芯片，再進行裝配和 封裝 終測確保集成電路通過電學和環境測試4Confidential 在第一階段，將硅從沙中提煉，製成半導體級的高純硅，通常純度會達到99.9999999%。再用CZ(Czochralski)法將半導體級的多晶硅轉化成一大塊的單晶硅，我們把這個過程稱為晶體生長。生長后的單晶硅被稱為硅錠。硅錠在拉單晶爐中生長完成后，先要進行整形處理。第一步，去掉硅錠的兩端第二部，進行研磨滾圓已達到精確的资料直徑5Confiden

3、tial最後，對整形完成后的硅錠進行切片。 普通而言，對以直徑200mm及以下的硅片來講，切片运用帶有金剛石邊緣的內圓切割機來完成的；對於直徑300mm的硅片來講，由於直徑大的缘由，目前都是用線鋸來切片的。 線鋸比傳統的內圓切割機產生更多的硅切片，這是因為用漿料覆蓋的線來替代金剛石覆蓋的鋸刀，會有更薄的切口損失。6Confidential 對於切片后的硅片首先要經過凈化。硅片的凈化，以及後續一系列工藝的製作都在凈化間進行。 凈化間最根本的概念是硅片工廠空氣中的顆粒控制。我們通常所呼吸的空氣是不能用於集成電路的製造的，因為它包含了太多的漂浮沾污，這些微小的浮塵會淀積在硅片外表引起沾污并會帶來致命

4、缺陷。 凈化級別標定了凈化間的空氣質量級別，它是由凈化空氣中的顆粒尺寸和密度來表徵的。美國聯邦標準209E中各凈化間級別對空氣漂浮顆粒的限制顆粒/立方公尺級別0.1um0.2um0.3um0.5um5um13.50 x107.70 3.00 1.00 103.50 x107.5x103.00 x101.00 x101007.5x103.00 x101.00 x1010001.00 x107.00 100001.00 x 7.00 x101000001.00 x7.00 x107Confidential 硅片進入凈化室后，會經過一系列的物理化學方法進行凈化處理。 凈化后的硅片在進行光刻之前先要進

5、行氧化處理。硅片上的氧化層可以通過熱生長或者淀積的方法生成，我們常用的是熱生長氧化的方法。將硅片放在溫度在750C1100C的氧化爐中，并通入純凈的氧氣，在硅片外表构成SiO2的氧化膜.8Confidential 光刻的本質是把臨時電路結構複製到以後要進行刻蝕和離子注入的硅片上。這些結構首先以圖形方式製作在名為掩膜板的石英模板上。紫外光透過掩模板把圖形轉移到硅片外表的光敏薄膜上。 轉移到硅片上的圖形能够是硅片上的半導體器件、隔離槽、金屬互聯線等。硅片上构成的光刻膠圖形都是具有長、寬、高的三維圖形。這些圖形被轉移到光敏光刻膠资料上，為進行刻蝕或離子注入做準備。 光刻是一個及其複雜的工藝過程，其本

6、钱占了整個硅片加工的近三分之一。光刻工藝包括8個根本的步驟：9Confidential步驟一：氣相成膜處理步驟一：氣相成膜處理 光刻的第一步是清洗、脫水和硅片外表成底膜處理。光刻的第一步是清洗、脫水和硅片外表成底膜處理。 這這些步驟的目的是增強硅片和光刻膠之間的粘附性。些步驟的目的是增強硅片和光刻膠之間的粘附性。步驟二：旋轉涂膠步驟二：旋轉涂膠 成底膜處理后，硅片要立刻采用旋轉涂膠的方法涂上液相成底膜處理后，硅片要立刻采用旋轉涂膠的方法涂上液相光刻膠资料。硅片被固定在一個真空載片臺上，它是一個外表光刻膠资料。硅片被固定在一個真空載片臺上，它是一個外表上有很多真空孔以便固定硅片的平的金屬或聚四氯

7、乙烯盤。一上有很多真空孔以便固定硅片的平的金屬或聚四氯乙烯盤。一定數量的液體光刻膠滴在桂皮啊上，然後得到一層均勻的光刻定數量的液體光刻膠滴在桂皮啊上，然後得到一層均勻的光刻膠涂層。膠涂層。10Confidential步驟三：軟烘步驟三：軟烘 光刻膠被涂到硅片的外表后必須要經過軟烘，軟烘的目的光刻膠被涂到硅片的外表后必須要經過軟烘，軟烘的目的是去除光刻膠中的溶劑。軟烘提高了粘附性，提升了光刻膠的是去除光刻膠中的溶劑。軟烘提高了粘附性，提升了光刻膠的均勻性，在刻蝕中得到了更好的線寬控制。均勻性，在刻蝕中得到了更好的線寬控制。 典型的軟烘條件實在熱板上典型的軟烘條件實在熱板上9090C100C100

8、C C烘烘3030秒，接下來是秒，接下來是在冷板上的降溫步驟，以得到光刻膠一致性的硅片溫度控制。在冷板上的降溫步驟，以得到光刻膠一致性的硅片溫度控制。步驟四：對準和曝光步驟四：對準和曝光 掩膜板與塗了膠的硅片上的正確位置對準。一旦對準，掩膜板與塗了膠的硅片上的正確位置對準。一旦對準，將掩膜板和硅片曝光，把掩膜板的圖形轉移到涂膠的硅片上。將掩膜板和硅片曝光，把掩膜板的圖形轉移到涂膠的硅片上。光就會激活光刻膠中的光敏成分，轉移圖形的目的。光就會激活光刻膠中的光敏成分，轉移圖形的目的。11Confidential步驟五：曝光后烘焙 對於深紫外線DUV光刻膠在100C110C的熱板上進行曝光后烘焙是必

9、要的。12Confidential步驟六：顯影步驟六：顯影 顯影實在硅片外表光刻膠中產生圖形的關鍵步驟。光刻顯影實在硅片外表光刻膠中產生圖形的關鍵步驟。光刻膠上的可溶解區域被化學顯影劑溶解，將可見的圖形留在硅膠上的可溶解區域被化學顯影劑溶解，將可見的圖形留在硅片外表。最通常的顯影方法是旋轉、噴霧、浸潤見圖解，片外表。最通常的顯影方法是旋轉、噴霧、浸潤見圖解，然後顯影，硅片用去離子水然後顯影，硅片用去離子水DIDI沖洗后甩乾。沖洗后甩乾。13Confidential步驟七：堅膜烘焙步驟七：堅膜烘焙 顯影后的熱烘焙指的就是堅膜烘焙。烘焙要求揮發掉存顯影后的熱烘焙指的就是堅膜烘焙。烘焙要求揮發掉存留

10、的光刻膠溶劑，提高光刻膠對硅片外表的粘附性。這一步留的光刻膠溶劑，提高光刻膠對硅片外表的粘附性。這一步是穩固光刻膠，對下面的刻蝕和離子注入非常關鍵。普通光是穩固光刻膠，對下面的刻蝕和離子注入非常關鍵。普通光刻膠的堅膜烘焙溫度約為刻膠的堅膜烘焙溫度約為120120C140C140C C，這比軟烘的溫度要高，這比軟烘的溫度要高，但也不能太高，否則光刻膠就是流動從而破壞圖形。但也不能太高，否則光刻膠就是流動從而破壞圖形。步驟八：顯影后檢查步驟八：顯影后檢查 一旦光刻膠在硅片上构成圖形，就要進行檢查以確定光一旦光刻膠在硅片上构成圖形，就要進行檢查以確定光刻膠圖形的質量。這種檢查系統幾乎都是自動完成的。

11、檢查刻膠圖形的質量。這種檢查系統幾乎都是自動完成的。檢查的目的有兩個：找出光刻膠有質量問題的硅片；描画光刻膠的目的有兩個：找出光刻膠有質量問題的硅片；描画光刻膠的工藝性能以滿足規範要求。假设確定有問題，可以通過去的工藝性能以滿足規範要求。假设確定有問題，可以通過去膠對硅片進行返工。膠對硅片進行返工。14Confidential 通過在硅片上製作電子器件，然後淀積介質層和到導電资料把器件連接起來，可以把硅片製成有許多功能的微芯片。普通來說，互聯资料淀積在硅片外表，然後有選擇的去除它，就构成了由光刻技術定義的電路圖形。這一有選擇的去除资料的工藝過程叫做刻蝕。刻蝕的根本目標是在涂膠的硅片上正確的複製

12、掩膜圖形。有圖形的光刻膠的層在刻蝕中不遭到腐蝕源的侵蝕。 在半導體製造中有兩種根本的刻蝕工藝：幹法刻蝕和濕法腐蝕。 幹法刻蝕是把硅片外表暴露的于氣態中產生的等離子體與硅片發生物理或化學反應，從而去掉多餘的外表资料。幹法刻蝕是在亞微米尺寸在刻蝕器件的最主要的方法。在幹法15Confidential刻蝕中，刻蝕包括離子濺射和活性元素與硅片外表的反應。 濕法腐蝕是以液體化學試劑去除硅片外表资料的。濕法腐蝕普通知識用在尺寸較大的情況下大於3微米。濕法腐蝕依然會被用來腐蝕硅片上的某些層或者用來去除幹法刻蝕后的殘留物。16Confidential 本征硅的到點性能很差，只需當硅中参与少量雜質，使其結構和導

13、電率發生改變時，硅才稱為一種有用的半導體。這個過程被稱為摻雜。硅慘雜是製備半導體期間中的PN結的基礎，而離子注入是最重要的摻雜方法。 離子注入是通過高壓離子轟擊把雜質引入硅片。雜質通過與硅片發生原子級的高能碰撞，才干被注入。 離子注入在離子注入機裡面進行，它是半導體工藝中最複雜的設備之一見圖。注入機包含離子源部分，它能從源资料中產生帶正電荷的雜質離子。離子被吸出，然後用質量分析儀將它們分開构成需求摻雜離子的束流。束流中離子的數量與希望引入的硅片的雜質有關，離子束在電場中加速，獲得很高的速度107CM/s數量級，使離子有足夠的動能注入帶硅片的晶格結構中。束流掃描整個硅片，使硅片外表摻雜均勻。17

14、Confidential以上一切的注入工藝都是在高真空下進行的。 離子束轟擊過的硅片的能量會轉化成熱，導致硅片溫度升高，因此需求進行硅片冷卻。18Confidential 在硅片製造的最後，一切硅片上的芯片100%要經過揀選wafer sort測試，也稱電學揀選electrical sort測試、硅片探針(wafer probe).硅片上每個芯片都要全部按照DC和AC的產品功能規格進行測試。 芯片揀選測試通常是用自動測試設備automated test equipment,ATE.測試的算法是工程師編寫的，能控制測試儀器進行測量的計算機程序。 在進行測試之前，會先运用樣片來檢測測試儀器的設置。

15、樣片是能確保測試系統正常任务的知的合格硅片。測試開始時，硅片先被從盒裡轉移到探針臺，然後被放在真空托盤上。探針對準在軟件控制下自動完成。機械探針接觸壓焊點以建立電學連接。探針臺和ATE連接，根據測試算法進行功能測試。19Confidential自動參數測試系統的組成20Confidential 在功能測試中，DC測試和AC測試都會用到。DC測試如連接性檢查、開路/短路、漏電流等測試。通常先進行DC測試，以此來決定能否要繼續進行AC測試。測試一旦完成，不合格的芯片會在計算機數據庫中被標記出來，測試結果出來后，芯片會被分配一個分類代碼號如圖。通過測試的芯片會被分配一個分類代碼號，同時不合格的芯片也

16、會按照芯片的具體失效類型如輸出漏電流、開路、短路等分配一個分類代碼。通過總結分類代碼便可以得到詳細的探測結果。21Confidential 測試完成后，硅片將被切割成一個個的芯片wafer，經過篩選，合格的芯片將流入下一個環節，進行裝配與封裝。22Confidential 集成電路的最終裝配是要將芯片從硅片上分離出每個好的芯片，并將芯片黏貼在金屬引線框架或者管殼上。對於引線框架裝配，用細線將芯片外表的金屬點和提供芯片電通路的引線框架內端互聯起來。 在芯片分割后，需求根據該芯片的功能的需求選擇合適的frame。引線框架Lead Frame23Confidential 將芯片粘結在引線框架上。芯片

17、的粘結技術普通有：環氧樹脂粘貼、共晶焊粘貼、玻璃焊粘貼三種。 環氧樹脂粘貼：是將芯片粘貼到引線框架上或基座上最常用的方法。環氧樹脂被滴在引線框架或基座的中心，芯片貼片工具將芯片反面放在環氧樹脂上見圖，接下來是加熱循環以固化環氧樹脂。普通情況都是直接运用環氧樹脂，但假设芯片和封裝的其餘部分之間需求有散熱要求，可以在環氧樹脂中参与銀粉製成導熱樹脂。24Confidential引線鍵合引線鍵合 引線鍵合是將芯片外引線鍵合是將芯片外表的鋁壓合點合引線框架表的鋁壓合點合引線框架或基座上的電極內端有或基座上的電極內端有時稱為柱進行電連接做時稱為柱進行電連接做常用的方法如圖常用的方法如圖引線鍵合的三種方法：

18、熱壓鍵合、超聲鍵合、熱超聲球鍵合 熱壓鍵合在熱壓鍵合中，熱能和壓力被分別作用到芯片壓點和引線框內端電極以构成金線鍵合。一種被稱為毛細管劈刀的鍵合機械裝置，將引線定位在被加熱的芯片壓點并施加壓25Confidential力。力合熱的結合促成金引線和鋁點构成鍵合。然後劈刀移動到引線框架內端電極，同時輸送附加的引線，在那裡用同樣的方法构成另一個鍵合點。 超聲鍵合超聲鍵合以超聲能合壓力作為構成引線合壓點間鍥壓的方式基礎。通過毛細管劈刀底部的孔輸送引線并定位到芯片壓點的上方。細管針尖施加壓力并快速機械振動摩擦。通常超聲頻率是60kHZ(最高達到100kHZ)，已构成冶金26Confidential鍵合。

19、在這種技術中不加熱基座，一旦鍵合构成，工具將移動到引線框架內端電極壓點，构成鍵合，并將引線扯斷。27Confidential 熱超聲球鍵合熱超聲球鍵合熱超聲球鍵合是一種結合超聲振動、熱熱超聲球鍵合是一種結合超聲振動、熱合壓力构成的鍵合技術，被稱為球鍵合。此種鍵合的基座溫合壓力构成的鍵合技術，被稱為球鍵合。此種鍵合的基座溫度要維持在約度要維持在約150150C C的溫度。熱超聲球鍵合也有一個毛細劈的溫度。熱超聲球鍵合也有一個毛細劈刀，由碳化鎢或陶瓷资料製成，它通過中心的孔，豎直輸送刀，由碳化鎢或陶瓷资料製成，它通過中心的孔，豎直輸送AuAu絲。伸出的細絲用小火焰或電容放電火花加熱，引起絲線絲。伸

20、出的細絲用小火焰或電容放電火花加熱，引起絲線的融化。并在針尖构成一個球。在鍵合過程中，超聲能合壓的融化。并在針尖构成一個球。在鍵合過程中，超聲能合壓力力uyinqiuyinqi在在AuAu絲球合絲球合AlAl壓點間冶金鍵合的构成。球鍵合完成壓點間冶金鍵合的构成。球鍵合完成后，鍵合機移動到基座內端電極壓點并构成熱壓的鍥壓鍵合。后，鍵合機移動到基座內端電極壓點并构成熱壓的鍥壓鍵合。將引線拉斷，工具移動到下一個芯片壓點。將引線拉斷，工具移動到下一個芯片壓點。 這種球鍵合這種球鍵合/ /鍥壓鍵合順序在壓點和內端店家壓點間的鍥壓鍵合順序在壓點和內端店家壓點間的引線連接尺寸有極佳的控制，這對更薄的集成電路很重要。引線連接尺寸有極佳的控制，這對更薄的集成電路很重要。28Confidential29Confidential引線鍵合質量測試：引線鍵合質量測試： 通常會采用目測和拉力測試的方法來進行引