精品课程IC原理第1章集成电路的基本制造工艺

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1、第1章硅集成电路工艺1.1硅衬底材料的制备1.2硅集成电路制造工艺1.2.1集成电路加工过程简介1.2.2图形转换（光刻与刻蚀工艺）1.2.3掺杂工艺（扩散与离子注入）1.2.4制膜（制作各种材料的薄膜）1.3集成电路生产线1.4集成电路封装1.5集成电路工艺小结1.6集成电路的基本制造工艺流程（见教材第1章）11.1硅衬底材料的制备任何集成电路的制造都离不开衬底材料—单晶硅。制备单晶硅有两种方法：悬浮区熔法和直拉法。悬浮区熔法是在20世纪50年代提出看并很快被应用到晶体制备技术中。用这种方法制备

2、的单晶硅的电阻率非常高，特别适合制作电力电子器件。目前悬浮区熔法制备的单晶硅仅占有很小的市场份额。2随着超大规模集成电路的不断发展，不但要求单晶硅的尺寸不断增加，而且要求所有的杂质浓度能得到精密控制，而悬浮区熔法无法满足这些要求，因此，直拉法制备的单晶硅越来越多地被人们所采用。目前市场上的单晶硅绝大部分是采用直拉法制备得到的。3矽/硅晶圓材料（Wafer）圓晶是制作矽半导体IC所用之矽晶片，狀似圓形，故稱晶圓。材料是「矽」，IC（IntegratedCircuit）工厂用的矽晶片即為矽晶体，因為整

3、片的矽晶片是單一完整的晶体，故又稱為單晶体。但在整体固态晶体內，眾多小晶体的方向不相，則為复晶體（或多晶体）。生成單晶体或多晶体与晶体生長時的溫度，速率与雜質都有關系。4生长硅单晶炉示意图5把块状多晶硅放入坩埚内加热到1440℃再次熔化。为了防止硅在高温下被氧化，坩埚内被抽成真空并注入惰性气体氩气。之后用纯度99.7%的钨丝悬挂“硅籽晶”探入熔融硅中，以2~20转/分钟的转速及3~10毫米/分钟的速率从熔液中将单晶硅棒缓慢拉出。这样就会得到一根纯度极高的单硅晶棒，理论上最大直径可达45厘米，最大长

4、度为3米。61.2.1集成电路加工过程简介一、硅片制备（切、磨、抛）*圆片（Wafer）尺寸与衬底厚度：3—0.4mm5—0.625mm4—0.525mm6—0.75mm硅片的大部分用于机械支撑。1.2集成电路制造工艺7CrystalGrowthSlicingGraphiteHeaterSiMeltSiCrystalPolishingWaferingHighTemp.AnnealingFurnaceAnnealedWaferDefectFreeSurfacebyAnnealing(

5、SurfaceImprovement）SurfaceDefectMapPolishedWafer晶圆退火工艺流程晶体生长晶圆制作硅晶体熔硅切片抛光抛光片高温退火退火后的晶圆退火炉（改善表面）利用退火消除缺陷石墨加热器8二、前部工序9晶圆处理制程晶圆处理制程之主要工作为在硅晶圆上制作电路与电子元件（如电晶体管、电容器、逻辑门等），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

6、需制造环境为为一温度、湿度与含尘（Particle）均需控制的无尘室/超净间（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）及沉积，最後进行显影、蚀刻及离子注入等反覆步骤，以完成晶圆上电路的加工与制作。10前部工序的主要工艺晶圆处理制程（WaferFabrication；简称WaferFab）1.图形转换：将设计在掩膜版(类似于照相底片)上的图形转移到半导体单晶片上

7、2.掺杂：根据设计的需要，将各种杂质掺杂在需要的位置上，形成晶体管、接触等3.制膜：制作各种材料的薄膜11集成电路工艺图形转换：光刻：接触光刻、接近光刻、投影光刻、电子束光刻刻蚀：干法刻蚀、湿法刻蚀掺杂：离子注入退火扩散制膜：氧化：干氧氧化、湿氧氧化等CVD：APCVD、LPCVD、PECVDPVD：蒸发、溅射12三、后部封装（在另外厂房）（1）背面减薄（2）划片、掰片（3）粘片（4）压焊：金丝球焊（5）切筋（6）整形（7）封装（8）沾锡：保证管脚的电学接触（9）老化（10）成测（11）打字、包装

8、1314设计与工艺制造之间的接口是版图。什么是版图？它是一组相互套合的图形，各层版图相应于不同的工艺步骤，每一层版图用不同的图案来表示。版图与所采用的制备工艺紧密相关。在计算机及其VLSI设计系统上设计完成的集成电路版图还只是一些图像或(和)数据，在将设计结果送到工艺线上实验时，还必须经过一个重要的中间环节：制版。所以，在介绍基本的集成电路加工工艺之前，先简要地介绍集成电路加工的掩模(Masks)及其制造。通常我们看到的器件版图是一组复合图，这个复合图实际上是由若干个分层图形叠合而