集成电路工艺基础NEW.ppt

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1、第三章集成电路工艺基础集成电路的制造需要非常复杂的技术，它主要由半导体物理与器件专业负责研究。IC设计者可以不去深入研究，但是有必要了解芯片设计中的工艺基础知识，才能根据工艺技术的特点优化电路设计方案。对于电路和系统设计者来说，更多关注的是工艺制造的能力，而不是工艺的具体实施过程。集成电路设计与制造的主要流程框架设计芯片检测单晶、外延材料掩膜版芯片制造过程封装测试系统需求—制造业—芯片制造过程AA工艺类型简介根据工序的不同,可以把工艺分成三类：前工序、后工序及辅助工序。1)前工序前工序包括从晶片开始加工到中间测试之前的所有工序。前工序结束时，半导体器件的核心部分——管

2、芯就形成了。前工序中包括以下三类工艺：（1）薄膜制备工艺：包括氧化、外延、化学气相淀积、蒸发、溅射等。（2）掺杂工艺：包括离子注入和扩散。（3）图形加工技术：包括制版和光刻。工艺类型简介2)后工序后工序包括从中间测试开始到器件完成的所有工序,有中间测试、划片、贴片、焊接、封装、成品测试等。3)辅助工序前、后工序的内容是IC工艺流程直接涉及到的工序，为保证整个工艺流程的进行，还需要一些辅助性的工序，这些工序有：（1）超净环境的制备：IC，特别是VLSI的生产，需要超净的环境。（2）高纯水、气的制备：IC生产中所用的水必须是去离子、去中性原子团和细菌，绝缘电阻率高达15M

3、Ω·cm以上的电子级纯水；所使用的各种气体也必须是高纯度的。（3）材料准备：包括制备单晶、切片、磨片、抛光等工序，制成IC生产所需要的单晶圆片。集成电路是经过很多道工序制成的。其中最基础的工艺有：生产所需类型衬底的硅圆片工艺；确定加工区域的光刻工艺；向芯片中增加材料的氧化、淀积、扩散和离子注入工艺；去除芯片上的材料的刻蚀工艺。集成电路的制造就是由这些基础工艺的不同组合构成的。3.2集成电路制造工艺简介3.2.1.硅圆片工艺晶片:只含有极少“缺陷”的单晶硅衬底圆片。“CZ法”生长单晶硅（晶体拉晶仪）目前晶体化的制程，大多是采「柴可拉斯基」(Czycrasky)拉晶法(C

4、Z法)。将一块称为籽晶的单晶硅浸入熔融硅中，然后在旋转籽晶的同时缓慢地把其从熔融硅中拉起。结果，就形成圆柱形的大单晶棒。生长时，可在熔融硅中掺入杂质来获得期望的电阻率。晶圆尺寸：４寸　是１００ＭＭ８寸是标准的２００ＭＭ１２寸　是标准的３００ＭＭ300mm商用直拉单晶硅切割后、加工过电路的硅圆片单晶硅棒(300mm)大单晶棒切成薄的圆片（wafer）在大多数CMOS工艺中，圆片的电阻率为0.05到0.1Ω•cm，厚度约为500到1000微米。chip半导体产业向前发展的两大启动点:不断扩大晶圆尺寸和缩小芯片特征尺寸12英寸晶圆所容裸芯片数是8英寸晶圆的2．5倍，所以1

5、2英寸晶圆比8英寸晶圆节省30％成本，采用12英寸晶圆的每个芯片所耗能量、水量比8英寸少40％。半导体产业向前发展的两大启动点:不断扩大晶圆尺寸和缩小芯片特征尺寸同样使用0.13微米的制程在300mm的晶圆可以制造大约427个处理器核心，300mm直径的晶圆的面积是200mm直径晶圆的2.25倍，出产的处理器个数却是后者的2.385倍，并且300mm晶圆实际的成本并不会比200mm晶圆来得高多少，这种成倍的生产率提高显然是所有芯片生产商所喜欢的。然而，硅晶圆在晶圆生产过程中，离晶圆中心越远就越容易出现坏点。因此从硅晶圆中心向外扩展，坏点数呈上升趋势，这样我们就无法随心

6、所欲地增大晶圆尺寸。集成电路制造工艺制膜：制作各种材料的薄膜掺杂：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、接触等图形转换：将设计在掩模板（类似于照片底片）上的图形转移到半导体晶片上3.2.2氧化工艺（Oxidation）－在硅片表面生成一层二氧化硅膜集成电路的基础工艺技术是平面技术，首先将硅表面氧化，然后根据各元器件图形在二氧化硅膜上开设窗口，通过该窗口进行定域操作。多次实施这种平面工艺，在硅片表面形成各种平面的元器件以及互连。这种技术之所以能实施的关键在于：能比较容易地获得适应这些工艺的优质的二氧化硅膜，即可以在硅表面生成非常均匀的氧化层而几乎不在

7、晶格中产生应力。1957年，人们在研究半导体材料的特性时发现二氧化硅层具有阻止杂质侵入的作用。这一发现直接导致了平面工艺技术的出现。3.2.2氧化工艺（Oxidation）－在硅片表面生成一层二氧化硅膜1、SiO2薄膜在集成电路中的作用在集成电路的制作过程中，要对硅反复进行氧化，制备SiO2薄膜。SiO2薄膜在集成电路的制作过程中，主要有下列作用：光刻掩蔽膜(选择扩散的掩蔽层，离子注入的阻挡层)MOS管的绝缘栅材料（gateoxide)，高质量要求电路隔离介质或绝缘介质，包括多层金属间的介质电容介质材料器件表面保护或钝化膜隔离氧化膜Fieldoxid