半导体制程简介 (NXPowerLite).ppt

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1、半导体制程简介——芯片是如何制作出来的基本过程晶园制作WaferCreation芯片制作ChipCreation后封装ChipPackaging第1部分晶园制作1.1多晶生成PolySiliconCreation1目前半导体制程所使用的主要原料就是晶园(Wafer)，它的主要成分为硅(Si)。富含硅的物质非常普遍，就是沙子(Sand)，它的主要成分为二氧化硅(SiO2)。沙子经过初步的提炼，获得具有一定纯度的硅，再经过一些步骤提高硅的纯度，半导体制程所使用的硅需要非常高的纯度。接着就是生成多晶硅(PolySilicon)。P

2、olySiliconCreation2采用一种叫做Trichlorosilane的物质(SiHCl3)作为溶剂，氢气作为反应环境，在钽(tantalum)电热探针指引下，经过初步提炼的硅形成晶体。这种过程需要多次，中途还会用到氢氟酸(HF)这样剧毒的化学药品，硅的纯度也随着这个过程而进一步被提高。最后生成多晶硅的硅锭。PolySiliconCreation31.2单晶制作CrystalPulling1多晶硅硅锭中晶体的晶向是杂乱无章的，如果使用它来制作半导体器件，其电学特性将非常糟糕，所以必须把多晶硅制作成单晶硅，这个过程可以

3、形象地称作拉单晶(CrystalPulling)。将高纯度的多晶硅碾碎，放入石英坩埚，加高温到1400°C，注意反应的环境是高纯度的惰性气体氩(Ar)。精确的控制温度，单晶硅就随着晶种被拉出来了。CrystalPulling2CrystalPulling3制作完毕的单晶硅按照半径的大小来区分，目前正在使用的有：150mm(6’)200mm(8’)300mm(12’)正在发展的有：400mm(16’)1.3晶园切片WaferSlicing单晶硅具有统一的晶向，在把单晶硅切割成单个晶园(Wafer)的时候，首先要在单晶硅锭上做个记

4、号来标识这个晶向。通常标识该晶向的记号就是所谓Flat或者Notch(平边、凹槽)。6’Wafer6’的晶园通常采用所谓“平边”的方法来标识晶向。8’Wafer8’的晶园采用Notch。12’,16’,……Wafer采用Notch，为什么呢？——猜想。1.4晶园抛光Lapping&Polishing切片结束之后，真正成型的晶园诞生。此时需要对晶园的表面进行一些处理——抛光。主要的步骤有以下几步：机械研磨(使用氧化铝颗粒)蚀刻清洗(使用硝酸、醋酸、氢氧化钠)Wafer抛光(化学机械研磨，使用硅土粉)表面清洗(氨水、过氧化氢、去离

5、子水)1.5晶园外延生长WaferEpitaxialProcessing经过抛光，晶园表面变得非常平整，但是这个时候还不能交付使用。半导体工业使用的晶园并不是纯粹的硅晶园，而是经过掺杂了的N型或者P型硅晶园。这是一套非常复杂的工艺，用到很多不同种类的化学药品。做完这一步，晶园才可以交付到半导体芯片制作工厂。第2部分芯片制作2.1氧化层生长OxidationLayering氧化层生长就是在晶园表面生长出一层二氧化硅。这个反应需要在1000°C左右的高纯氧气环境中进行。2.2有关Photo什么是Photo？所谓Photo就是照相

6、，将光罩的图形传送到晶园上面去。Photo的机器成本在半导制程中，Photo是非常重要的一个环节，从整个半导体芯片制造工厂的机器成本来看，有近一半都来自Photo。Photo是半导体制程最主要的瓶颈Photo制约了半导体器件——线宽。光罩制作MaskCreationPhoto的工作和照相类似，它所使用的“底片”就是光罩，即Mask，通常也被称为Reticle。光罩就是一块玻璃板，上面由铬(Cr)组成图形，例如线条、孔等等。制作光罩需要用到LaserWriter或者E-beam这样的机器，非常昂贵(这一部分不算入Photo的机台

7、成本)，一般需要专门的光罩厂来制作。光罩上的图形信息由CAD直接给出，这些CAD的信息(即半导体芯片的设计)由DesignHouse提供。2.3Photo的具体步骤光刻胶涂布PhotoResistCoating曝光Stepper/ScannerExposure显影和烘烤Develop&Bake光阻涂布PhotoResistCoating在Photo，晶园的第一部操作就是涂光阻。光阻是台湾的翻译方法，大陆这边通常翻译成光刻胶。光阻涂布的机台叫做Track，由TEL公司提供。光阻涂布的是否均匀直接影响到将来线宽的稳定性。光阻分为两

8、种：正光阻和负光阻。一般而言通常使用正光阻。只有少数层次采用负光阻。曝光Exposure曝光动作的目的是将光罩上的图形传送到晶园上。0.13um，0.18um就是这样做出来的。曝光所采用的机台有两种：Stepper和Scanner。左图是当今市场占有率最高的ASML曝光机。S