一、半导体衬底
1、硅是当前半导体中用的最多的一种衬底材料
2、硅的性能: 屈服强度 7x109 N/m2 弹性模量 1.9x1011 N/m2 密度
2.3 g/cm3 热导率 1.57 Wcm-1°C-1 热膨胀系数 2.33x10-6 °C-1
电阻率(P) n-型 1 - 50 ?.cm 电阻率(Sb) n-型0.005 -10?.cm 电阻
率(B) p-Si 0.005 -50 ?.cm 少子寿命 30 -300 μs 氧 5 -25 ppm 碳 1 - 5 ppm 缺陷 <500 cm-2 直径 Up to 200 mm 重金属杂
质 < 1 ppb
3、硅的纯化SiO2+2CàSi(冶金级) +2CO、Si+3HCl SiHCl3+H2、
2SiHCl3(蒸馏后的)+2H2 2Si(电子级)+6HCl
4、直拉法单晶生长( p19) : 多晶硅放在坩埚中, 加热到1420oC将硅熔化, 将
已知晶向的籽晶插入熔化硅中然后拔出。硅锭旋转速度 20r/min 坩埚旋转
速度10r/min 提升速度: 1.4mm/min (f100mm) 掺杂P、 B、 Sb、 As
5、芯片直径增大, 均匀性问题越来越突出
6、区熔法晶体生长( p28) : 主要用于制备高纯度硅或无氧硅。生长方法: 多
晶硅锭放置在一个单晶籽晶上, 多晶硅锭由一个外部的射频线圈加热, 使得
硅锭局部熔化, 随着线圈和熔融区的上移, 单晶籽晶上就会往上生长单晶。
特点: 电阻率高、无杂质沾污、机械强度小, 尺寸小。
7、
二、热氧化
1、SiO
2的基本特性: 热SiO
2
是无定形的、良好的电绝缘材料、高击穿电场、
稳定和可重复的Si/SiO2界面、硅表面的生长基本是保形的、杂质阻挡特性好、硅和SiO2的腐蚀选择特性好。
2、热氧化原理: 反应方程: Si(固体)+O2(气体)-->SiO2
3、含Cl氧化: 氧化过程中加入少量的HCl 或TCE(三氯乙烯):减少金属沾污、改进Si/SiO2界面性能( P70)
4、氧化中消耗硅的厚度: 1umSI被氧化——>2.17umSIO2
5、热氧化的影响因素: 温度、气氛( 干氧、水汽、 HCl) 、压力、晶向、掺杂
6、高压氧化: 对给定的氧化速率, 压力增加, 温度可降低; 温度不变的情况下, 氧化时间可缩短
7、氧化层的缺陷: 表面缺陷: 斑点、白雾、发花、裂纹体内缺陷: 针孔、氧化层错
8、氧化诱生堆垛层错:
三、扩散
主要用于结较深( ≥
0.3m)线条较粗( ≥
3 m)
1、掺杂在半导体生产中的作用: 形成PN结; 形成电阻; 形成欧姆接触; 形成双极形的基区、发射区、集电区, MOS管的源、漏区和对多晶硅掺杂; 形成电桥作互连线
2、扩散的定义: 在高温下, 杂质在浓度梯度的驱使下渗透进半导体材料, 并形成一定的杂质分布, 从而改变导电类型或杂质浓度。
3、填隙扩散机制: 硅原子挤走杂质, 杂质再填隙
4、替位式杂质又称慢扩散杂质, 间隙式杂质又称快扩散杂质, 工艺中作为掺杂一般选择慢扩散杂质, 工艺容易控制
5、基区陷落效应(也叫发射区推进效应): 现象: 发射区下的基区推进深度较发射区外的基区推进深度大。产生原因: 在扩散层中又掺入第二种高浓度的杂质, 由于两种杂质原子与硅原子的晶格不匹配, 造成晶格畸变从而使结面部份陷落改进措施: 采用原子半径与硅原子半径相接近的杂质
6、扩散分布的测试分析 (1)浓度的测量:四探针测量方块电阻;范德堡法; (2)结深的测量:磨球法染色
四、 离子注入
1、 离子注入的定义: 先使待掺杂的原子或分子电离, 再加速到一定的能量, 使
之注入到晶体中, 然后经过退火使杂质激活
2、 离子注入的优点: (1)精确控制剂量和深度:从1010到1017个/cm2,误差 +/-
2%之间; (2)低温:小于125℃; (3)掩膜材料多样:photoresist, oxide,
poly-Si, metal; (4)表面要求低 (5)横向均匀性好(< 1% for 8” wafer)
3、 离子注入系统:离子源(BF3, AsH3, PH3);加速管;终端台(P98)
4、 质量分析器: 选择所需要的杂质离子, 筛选掉其它的杂质离子(P99)
5、 加速器: 利用强电场使离子加速获得足够的能量能够穿跃整个系统并注入靶
中 (注入深度取决于加速管的电场能量)
6、 靶室: 接受注入离子并计算出注入剂量
I: 束流强度 A: 硅片面积 t: 注入时间
7、 库仑散射与离子能量损失机理(P103)
8、 离子注入损伤与退火: 退火的作用: (1)消除晶格损伤 (2)激活杂质; 退火的方法: (1)高温热退火: 用高温炉把硅片加热至800-1000℃ 并保持30分
钟。特点: 方法简单, 设备兼容, 但高温长时间易导致杂质的再扩散。
9、 注入损伤(P110): 入射离子与晶格碰撞产生原子移位,形成损伤。 热
处理能够消除损伤和激活杂质。 晶体中的缺陷: 一次缺陷、 二次缺
陷(点缺陷重新组合并扩展形成的, 如位错环) P111
10、 等时退火:激活载流子、 减小二次缺陷(P113) 固相外延的过程
(SEP) P112
11、 Rapid Thermal Processing:减小了杂质再分布、 工艺简单、 硅化物的形
成、 热塑应力
五、 光刻
Q It q qA Φ==
1、光刻:将掩模版上的图形转移到硅片上
2、光刻系统的设备需要:甩胶机、烘箱或热板、对准与暴光机。
对准机Aligner-3个性能标准: 分辨率: 3σ<10%线宽、对准、产量
3、光刻分辨率: 对准机和光刻胶的分辨率是爆光波长的函数; 波长越短, 分辨
率越高; 短波长能量高, 爆光时间能够更短、散射更小。
4、光源: Hg Arc lamps 436(G-line), 405(H-line), 365(I-line) nm; Excimer lasers: KrF (248nm) and ArF (193nm) P160
5、接触式光刻: Resolution R < 0.5μm; 掩膜板容易损坏或沾污 ( P163)
6、接近式光刻 P165
7、投影式光刻:增加数值孔径NA, 最小特征尺寸减小, 但聚焦深度也减小, 必
须折中考虑。
8、光刻胶:负胶---爆光区域保留;正胶---爆光区域去除 P181
灵敏度---发生化学变化所需的光能量分辨率---在光刻胶上再现的最小尺寸
9、聚合物: 聚合物是由许多小的重复单元连接而成的。结构: 串联、分支、
交联
对于光刻胶: 爆光产生断链是正胶; 爆光产生交联是负胶P183
10、 DQN正胶: PAC的氮分子键很弱, 光照会使其脱离; Wolff重组, 形成乙
烯酮;
初始材料不溶于基本溶液 ; PAC为抑制剂。 P184
11、DQN正胶感光机理: 邻叠氮萘醌类化合物经紫外光照射后, 分解释放出氮
气, 同时分子结构进行重排, 产生环的收缩作用, 再经水解生成茚羧酸衍生物,
成为能溶于碱性溶液的物质, 从而显示图形。
12、先进光刻技术: 浸入光刻(优点:分辨率与n成正比;聚焦深度增加); 电子
束光刻(缺点:束流大, 10’s mA;产量低, 10wafers/hr.) ; 离子束光刻 ; 纳米
压印光刻
六、刻蚀
1、 刻蚀的定义: 硅片表面形成光刻胶图形后, 经过刻蚀将图形转移到wafer 上。 干法、 湿法等 Figure of Merit: 刻蚀速率、 均匀性 、 选择比。 P259
2、
腐蚀选择性:
Wet Etching: S 受化学溶液, 浓度和温度控制; RIE: S 受等离子参数、 气氛、 气压、 流量和温度影响
3、 湿法腐蚀: 工艺简单、 高选择比、 无衬底损伤; 非各向异性、 工艺控制差、 沾污 P260
腐蚀过程: (1) 反应剂传输到表面 (2) 化学反应 (3) 生成物离开表面 ( 图如上)
常见材料的腐蚀: SiO2 的腐蚀: 6:1 = HF Thermal silicon dioxide , 1200 ?/min
SiO2 + 6HF --
H2+ SiF6 + 2H2O ; NH4F<---NH3 + HF P261 Si3N4的腐蚀
4、 常见的AL 腐蚀溶液 : H3PO4 + CH3COOH + HNO3 + H2O (~30oC); 磷酸H3PO4—起主要的腐蚀作用; 硝酸HNO3—改进台阶性能; 醋酸—降低腐蚀液表面张力; 水—调节腐蚀液浓度。 P262
5、 硅的腐蚀: HF/HNO3 Si + HNO3+6HF--H2SiF6+HNO2+H2+H2O P262 KOH : IPA : H2O =23.4 : 13. 5 : 63
6、 化学机械抛光: 互连平坦化; 以KOH, 或NH4OH 为基体的含SiO2颗粒的磨料; 颗粒尺寸0.03-0.14m P265
7、 等离子刻蚀: 容易控制、 对温度不敏感、 高各向异性。刻蚀步骤:气体离化、 离子扩散到硅片表面、 膜反应、 生成物解析、 抽离反应腔
8、 直流辉光放电: 典型压力: 1Torr; 极间电场: 100V/cm 。 裂解 e*
AB
A S
B 材料的垂直腐蚀速率材料的垂直腐蚀速率
+AB->A+B+e;原子离化 e* +A->A+ +e+e ; 分子离化 e* +AB->AB+ +e+e; 原子激发 e* +A ->A* +e; 分子激发 e* +AB->AB* +e
极间高压电弧产生离子和电子; 阴极产生二次电子 P250 射频放电
9、 高压等离子刻蚀:高压-->平均自由程<腔体尺寸; 刻蚀主要靠化学作用
P267
10、 选择性刻蚀: H2加入减少F, 形成富碳等离子
P270 11、 离子铣: 采用的惰性气体Ar; 纯粹的物理轰击:高定向性、 选择比差 P275
离子铣可能带来的问题: 斜坡转移、 不均匀刻蚀、 沟槽 P277
12、 反应离子刻蚀( RIE) : 硅片放置在功率电极上; 低压工作, 离子的平均自由程较大
Cl 对硅进行各向异性刻蚀; Cl 对不掺杂的硅的腐蚀较慢; 对掺杂的N-Si
和polySi 非常快; 衬底电子迁移效应; 离子轰击加速了Cl 的穿透效应
反应离子刻蚀中的损伤: 衬底上残余损伤: 在聚合物刻蚀中, 会留下残膜; 气相颗粒淀积; 衬底上可能有金属杂质。 物理损伤和杂质drive in: 含C 的RIE 刻蚀-->30-300A 硅碳化合物和损伤; Si-H 键缺陷损伤 P278
13、 高密度等离子体( HDP) 刻蚀: 磁场的存在, 电子的路径被延长了很多, 碰撞几率增大, 导致离子密度和自用基的密度很大。
ECR 系统:Si 、 SiO2的高选择性 ICP 系统:不需外加磁场, 用RF 激发 P282
七、 化学气相淀积( CVD)
1、 气相淀积具有很好的台阶覆盖特性 APCVD = Atmospheric Pressure CVD(硅片平放); LPCVD = Low Pressure CVD(硅片竖放); PECVD = Plasma Enhanced C — F + Si — Si = Si — F + 17kcal/mole 500 mTorr CF 4 对 Si 的腐蚀的基本思想是Si-F 代替Si-Si:
等离子打破 105kcal/mole
打破能量 130kcal/mole
1清洗 集成电路芯片生产的清洗包括硅片的清洗和工器具的清洗。由 于半导体生产污染要求非常严格，清洗工艺需要消耗大量的高纯水; 且为进行特殊过滤和纯化广泛使用化学试剂和有机溶剂。 在硅片的加工工艺中，硅片先按各自的要求放入各种药液槽进行表面化学处理，再送入清洗槽，将其表面粘附的药液清洗干净后进入下一道工序。常用的清洗方式是将硅片沉浸在液体槽内或使用液体喷雾清洗，同时为有更好的清洗效果，通常使用超声波激励和擦片措施，一般在有机溶剂清洗后立即米用无机酸将其氧化去除，最后用超纯水进行清洗，如图1-6所示。 图1-6硅片清洗工艺示意图 工具的清洗基本米用硅片清洗同样的方法。 2、热氧化 热氧化是在800~1250C高温的氧气氛围和惰性携带气体（N2）下使硅片表面的硅氧化生成二氧化硅膜的过程，产生的二氧化硅用以作为扩散、离子注入的阻挡层，或介质隔离层。典型的热氧化化学反应为： Si + O2 T SiO2
3、扩散 扩散是在硅表面掺入纯杂质原子的过程。通常是使用乙硼烷（B2H6）作为N —源和磷烷（PH3）作为P+源。工艺生产过程中通常 分为沉积源和驱赶两步，典型的化学反应为： 2PH3 —2P+3H2 4、离子注入 离子注入也是一种给硅片掺杂的过程。它的基本原理是把掺杂物质（原子）离子化后，在数千到数百万伏特电压的电场下得到加速，以较高的能量注入到硅片表面或其它薄膜中。经高温退火后，注入离子活化，起施主或受主的作用。 5、光刻 光刻包括涂胶、曝光、显影等过程。涂胶是通过硅片高速旋转在硅片表面均匀涂上光刻胶的过程；曝光是使用光刻机，并透过光掩膜版对涂胶的硅片进行光照，使部分光刻胶得到光照，另外，部分光刻胶得不到光照，从而改变光刻胶性质；显影是对曝光后的光刻胶进行去除，由于光照后的光刻胶 和未被光照的光刻胶将分别溶于显影液和不溶于显影液，这样就使光刻胶上 形成了沟槽。 6、湿法腐蚀和等离子刻蚀 通过光刻显影后，光刻胶下面的材料要被选择性地去除，使用的方法就
半导体制造工艺流程 N型硅：掺入V族元素--磷P、砷As、锑Sb P型硅：掺入III族元素—镓Ga、硼B PN结： 半导体元件制造过程可分为 前段（FrontEnd）制程 晶圆处理制程（WaferFabrication；简称WaferFab）、 晶圆针测制程（WaferProbe）； 後段（BackEnd） 构装（Packaging）、 测试制程（InitialTestandFinalTest） 一、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）之後，接著进行氧化（Oxidation）及沈积，最後进行微影、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WaferFab之制程後，晶圆上即形成一格格的小格，我们称之为晶方或是晶粒（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（Probe）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（InkDot），此程序即称之为晶圆针测制程（WaferProbe）。然後晶圆将依晶粒为单位分割成一粒粒独立的晶粒 三、IC构装制程 IC構裝製程（Packaging）：利用塑膠或陶瓷包裝晶粒與配線以成積體電路目的：是為了製造出所生產的電路的保護層，避免電路受到機械性刮傷或是高溫破壞。 半导体制造工艺分类 半导体制造工艺分类 一双极型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 I2L（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
清洗机超音波清洗机是现代工厂工业零件表面清洗的新技术,目前已广泛应用于半导体硅片的清洗。超声波清洗机“声音也可以清洗污垢”——超声波清洗机又名超声波清洗器，以其洁净的清洗效果给清洗界带来了一股强劲的清洗风暴。超声波清洗机（超声波清洗器）利用空化效应，短时间内将传统清洗方式难以洗到的狭缝、空隙、盲孔彻底清洗干净，超声波清洗机对清洗器件的养护，提高寿命起到了重要作用。CSQ系列超声波清洗机采用内置式加热系统、温控系统，有效提高了清洗效率；设置时间控制装置，清洗方便；具有频率自动跟踪功能，清洗效果稳定；多种机型、结构设计，适应不同清洗要求。CSQ系列超声波清洗机适用于珠宝首饰、眼镜、钟表零部件、汽车零部件，医疗设备、精密偶件、化纤行业（喷丝板过滤芯）等的清洗；对除油、除锈、除研磨膏、除焊渣、除蜡，涂装前、电镀前的清洗有传统清洗方式难以达到的效果。恒威公司生产CSQ系列超声波清洗机具有以下特点：不锈钢加强结构，耐酸耐碱；特种胶工艺连接，运行安全；使用IGBT模块，性能稳定；专业电源设计，性价比高。反渗透纯水机去离子水生产设备之一，通过反渗透原理来实现净水。 纯水机清洗半导体硅片用的去离子水生产设备，去离子水有毒，不可食用。 净化设备主要产品：水处理设备、灌装设备、空气净化设备、净化工程、反渗透、超滤、电渗析设备、EDI装置、离子交换设备、机械过滤器、精密过滤器、UV紫外线杀菌器、臭氧发生器、装配式洁净室、空气吹淋室、传递窗、工作台、高校送风口、空气自净室、亚高、高效过滤器等及各种配件。 风淋室：运用国外先进技术和进口电器控制系统,组装成的一种使用新型的自动吹淋室.它广泛用于微电子医院\制药\生化制品\食品卫生\精细化工\精密机械和航空航天等生产和科研单位,用于吹除进入洁净室的人体和携带物品的表面附着的尘埃,同时风淋室也起气的作用,防止未净化的空气进入洁净区域,是进行人体净化和防止室外空气污染洁净的有效设备. 抛光机整个系统是由一个旋转的硅片夹持器、承载抛光垫的工作台和抛光浆料供给装置三大部分组成。化学机械抛光时，旋转的工件以一定的压力压在旋转的抛光垫上，而由亚微米或纳米磨粒和化学溶液组成的抛光液在工件与抛光垫之间流动，并产生化学反应，工件表面形成的化学反应物由磨粒的机械作用去除，即在化学成膜和机械去膜的交替过程中实现超精密表面加工，人们称这种CMP为游离磨料CMP。 电解抛光电化学抛光是利用金属电化学阳极溶解原理进行修磨抛光。将电化学预抛光和机械精抛光有机的结合在一起，发挥了电化学和机构两类抛光特长。它不受材料硬度和韧性的限制，可抛光各种复杂形状的工件。其方法与电解磨削类似。导电抛光工具使用金钢石导电锉或石墨油石，接到电源的阴极，被抛光的工件（如模具）接到电源的阳极。 光刻胶又称光致抗蚀剂，由感光树脂、增感剂（见光谱增感染料）和溶剂三种主要成分组成的对光敏感的混合液体。感光树脂经光照后，在曝光区能很快地发生光固化反应，使得这种材料的物理性能，特别是溶解性、亲合性等发生明显变化。经适当的溶剂处理，溶去可溶性部分，得到所需图像（见图光致抗蚀剂成像制版过程）。光刻胶广泛用于印刷电路和集成电路的制造以及印刷制版等过程。光刻胶的技术复杂，品种较多。根据其化学反应机理和显影原理，可分负性胶和正性胶两类。光照后形成不可溶物质的是负性胶；反之，对某些溶剂是不可溶的，经光照后变成可溶物质的即为正性胶。利用这种性能，将光刻胶作涂层，就能在硅片表面刻蚀所需的电路图形。基于感光树脂的化学结构，光刻胶可以分为三种类型。①光聚合型，采用烯类单体，在光作用下生成自由基，自由基再进一步引发单体聚合，最后生成聚合物，具有形成正像的特点。②光分解型，采用含有叠氮醌类化合
A.晶圆封装测试工序 一、IC检测 1. 缺陷检查Defect Inspection 2. DR-SEM(Defect Review Scanning Electron Microscopy) 用来检测出晶圆上是否有瑕疵，主要是微尘粒子、刮痕、残留物等问题。此外，对已印有电路图案的图案晶圆成品而言，则需要进行深次微米范围之瑕疵检测。一般来说，图案晶圆检测系统系以白光或雷射光来照射晶圆表面。再由一或多组侦测器接收自晶圆表面绕射出来的光线，并将该影像交由高功能软件进行底层图案消除，以辨识并发现瑕疵。 3. CD-SEM(Critical Dimensioin Measurement) 对蚀刻后的图案作精确的尺寸检测。 二、IC封装 1. 构装（Packaging） IC构装依使用材料可分为陶瓷（ceramic）及塑胶（plastic）两种，而目前商业应用上则以塑胶构装为主。以塑胶构装中打线接合为例，其步骤依序为晶片切割（die saw）、黏晶（die mount / die bond）、焊线（wire bond）、封胶（mold）、剪切/成形（trim / form）、印字（mark）、电镀（plating）及检验（inspection）等。 (1) 晶片切割（die saw） 晶片切割之目的为将前制程加工完成之晶圆上一颗颗之晶粒（die）切割分离。举例来说：以0.2微米制程技术生产，每片八寸晶圆上可制作近六百颗以上的64M微量。 欲进行晶片切割，首先必须进行晶圆黏片，而后再送至晶片切割机上进行切割。切割完后之晶粒井然有序排列于胶带上，而框架的支撐避免了胶带的皱褶与晶粒之相互碰撞。 (2) 黏晶（die mount / die bond） 黏晶之目的乃将一颗颗之晶粒置于导线架上并以银胶（epoxy）粘着固定。黏晶完成后之导线架则经由传输设备送至弹匣（magazine）内，以送至下一制程进行焊线。 (3) 焊线（wire bond） IC构装制程（Packaging）则是利用塑胶或陶瓷包装晶粒与配线以成集成电路（Integrated Circuit；简称IC），此制程的目的是为了制造出所生产的电路的保护层，避免电路受到机械性刮伤或是高温破坏。最后整个集成电路的周围会向外拉出脚架（Pin），称之为打线，作为与外界电路板连接之用。
集成电路芯片生产的清洗包括硅片的清洗和工器具的清洗。由于半导体生产污染要求非常严格，清洗工艺需要消耗大量的高纯水；且为进行特殊过滤和纯化广泛使用化学试剂和有机溶剂。 在硅片的加工工艺中，硅片先按各自的要求放入各种药液槽进行表面化学处理，再送入清洗槽，将其表面粘附的药液清洗干净后进入下一道工序。常用的清洗方式是将硅片沉浸在液体槽内或使用液体喷雾清洗，同时为有更好的清洗效果，通常使用超声波激励和擦片措施，一般在有机溶剂清洗后立即采用无机酸将其氧化去除，最后用超纯水进行清洗，如图1－6所示。 图1－6硅片清洗工艺示意图 工具的清洗基本采用硅片清洗同样的方法。 2、热氧化 热氧化是在800~1250℃高温的氧气氛围和惰性携带气体（N2）下使硅片表面的硅氧化生成二氧化硅膜的过程，产生的二氧化硅用以作为扩散、离子注入的阻挡层，或介质隔离层。典型的热氧化化学反应为： Si + O2→SiO2
扩散是在硅表面掺入纯杂质原子的过程。通常是使用乙硼烷（B 2H 6）作为N －源和磷烷（PH 3）作为P +源。工艺生产过程中通常分为沉积源和驱赶两步，典型的化学反应为： 2PH 3 → 2P + 3H 2 4、离子注入 离子注入也是一种给硅片掺杂的过程。它的基本原理是把掺杂物质（原子）离子化后，在数千到数百万伏特电压的电场下得到加速，以较高的能量注入到硅片表面或其它薄膜中。经高温退火后，注入离子活化，起施主或受主的作用。 5、光刻 光刻包括涂胶、曝光、显影等过程。涂胶是通过硅片高速旋转在硅片表面均匀涂上光刻胶的过程；曝光是使用光刻机，并透过光掩膜版对涂胶的硅片进行光照，使部分光刻胶得到光照，另外，部分光刻胶得不到光照，从而改变光刻胶性质；显影是对曝光后的光刻胶进行去除，由于光照后的光刻胶和未被光照的光刻胶将分别溶于显影液和不溶于显影液，这样就使光刻胶上形成了沟槽。 6、湿法腐蚀和等离子刻蚀 通过光刻显影后，光刻胶下面的材料要被选择性地去除，使用的基片 涂胶后基片 光刻胶 阻挡层
半导体的生产工艺流程 微机电制作技术,尤其是最大宗以硅半导体为基础的微细加工技术(silicon- based micromachining,原本就肇源于半导体组件的制程技术,所以必须先介绍清楚这类制程,以免沦于夏虫语冰的窘态。 一、洁净室 一般的机械加工是不需要洁净室(clean room的,因为加工分辨率在数十微米以上,远比日常环境的微尘颗粒为大。但进入半导体组件或微细加工的世界,空间单位都是以微米计算,因此微尘颗粒沾附在制作半导体组件的晶圆上,便有可能影响到其上精密导线布局的样式,造成电性短路或断路的严重后果。 为此,所有半导体制程设备,都必须安置在隔绝粉尘进入的密闭空间中,这就是洁净室的来由。洁净室的洁净等级,有一公认的标准,以class 10为例,意谓在单位立方英呎的洁净室空间内,平均只有粒径0.5微米以上的粉尘10粒。所以class后头数字越小,洁净度越佳,当然其造价也越昂贵(参见图2-1。 为营造洁净室的环境,有专业的建造厂家,及其相关的技术与使用管理办法如下: 1、内部要保持大于一大气压的环境,以确保粉尘只出不进。所以需要大型鼓风机,将经滤网的空气源源不绝地打入洁净室中。 2、为保持温度与湿度的恒定,大型空调设备须搭配于前述之鼓风加压系统中。换言之,鼓风机加压多久,冷气空调也开多久。 3、所有气流方向均由上往下为主,尽量减少突兀之室内空间设计或机台摆放调配,使粉尘在洁净室内回旋停滞的机会与时间减至最低程度。 4、所有建材均以不易产生静电吸附的材质为主。 5、所有人事物进出,都必须经过空气吹浴 (air shower 的程序,将表面粉尘先行去除。
6、人体及衣物的毛屑是一项主要粉尘来源,为此务必严格要求进出使用人员穿戴无尘衣,除了眼睛部位外,均需与外界隔绝接触 (在次微米制程技术的工厂内,工作人员几乎穿戴得像航天员一样。当然,化妆是在禁绝之内,铅笔等也禁止使用。 7、除了空气外,水的使用也只能限用去离子水 (DI water, de-ionized water。一则防止水中粉粒污染晶圆,二则防止水中重金属离子,如钾、钠离子污染金氧半(MOS 晶体管结构之带电载子信道 (carrier channel,影响半导体组件的工作特性。去离子水以电阻 率 (resistivity 来定义好坏,一般要求至17.5MΩ-cm以上才算合格;为此需动用多重离子交换树脂、RO逆渗透、与UV紫外线杀菌等重重关卡,才能放行使用。由于去离子水是最佳的溶剂与清洁剂,其在半导体工业之使用量极为惊人! 8、洁净室所有用得到的气源,包括吹干晶圆及机台空压所需要的,都得使用氮气(98%,吹干晶圆的氮气甚至要求99.8%以上的高纯氮!以上八点说明是最基本的要求,另还有污水处理、废气排放的环保问题,再再需要大笔大笔的建造与维护费用! 二、晶圆制作 硅晶圆 (silicon wafer 是一切集成电路芯片的制作母材。既然说到晶体,显然是经过纯炼与结晶的程序。目前晶体化的制程,大多是采「柴可拉斯基」(Czycrasky 拉晶法 (CZ法。拉晶时,将特定晶向 (orientation 的晶种 (seed,浸入过饱和的纯硅熔汤 (Melt 中,并同时旋转拉出,硅原子便依照晶种晶向,乖乖地一层层成长上去,而得出所谓的晶棒 (ingot。晶棒的阻值如果太低,代表其中导电杂质 (impurity dopant 太多,还需经过FZ 法 (floating-zone 的再结晶 (re-crystallization,将杂质逐出,提高纯度与阻值。 辅拉出的晶棒,外缘像椰子树干般,外径不甚一致,需予以机械加工修边,然后以X 光绕射法,定出主切面 (primary flat 的所在,磨出该平面;再以内刃环锯,削下一片片的硅晶圆。最后经过粗磨 (lapping、化学蚀平 (chemical etching 与拋光 (polishing 等程序,得出具表面粗糙度在0.3微米以下拋光面之晶圆。(至于晶圆厚度,与其外径有
半导体的生产工艺流程 微机电制作技术，尤其是最大宗以硅半导体为基础的微细加工技术(silicon-basedmicromachining)，原本就肇源于半导体组件的制程技术，所以必须先介绍清楚这类制程，以免沦于夏虫语冰的窘态。 一、洁净室 一般的机械加工是不需要洁净室(cleanroom)的，因为加工分辨率在数十微米以上，远比日常环境的微尘颗粒为大。但进入半导体组件或微细加工的世界，空间单位都是以微米计算，因此微尘颗粒沾附在制作半导体组件的晶圆上，便有可能影响到其上精密导线布局的样式，造成电性短路或断路的严重后果。 为此，所有半导体制程设备，都必须安置在隔绝粉尘进入的密闭空间中，这就是洁净室的来由。洁净室的洁净等级，有一公认的标准，以class10为例，意谓在单位立方英呎的洁净室空间内，平均只有粒径0.5微米以上的粉尘10粒。所以class后头数字越小，洁净度越佳，当然其造价也越昂贵。 为营造洁净室的环境，有专业的建造厂家，及其相关的技术与使用管理办法如下： 1、内部要保持大于一大气压的环境，以确保粉尘只出不进。所以需要大型鼓风机，将经滤网的空气源源不绝地打入洁净室中。 2、为保持温度与湿度的恒定，大型空调设备须搭配于前述之鼓风加压系统中。换言之，鼓风机加压多久，冷气空调也开多久。 3、所有气流方向均由上往下为主，尽量减少突兀之室内空间设计或机台摆放调配，使粉尘在洁净室内回旋停滞的机会与时间减至最低程度。 4、所有建材均以不易产生静电吸附的材质为主。 5、所有人事物进出，都必须经过空气吹浴(airshower)的程序，将表面粉尘先行去除。 6、人体及衣物的毛屑是一项主要粉尘来源，为此务必严格要求进出使用人员穿戴无尘衣，除了眼睛部位外，均需与外界隔绝接触(在次微米制程技术的工厂内，工作人员几乎穿戴得像航天员一样。)当然，化妆是在禁绝之内，铅笔等也禁止使用。 7、除了空气外，水的使用也只能限用去离子水(DIwater,de-ionizedwater)。一则防止水中粉粒污染晶圆，二则防止水中重金属离子，如钾、钠离子污染金氧半(MOS)晶体管结构之带电载子信道(carrierchannel)，影响半导体组件的工作特性。去离子水以电阻率(resistivity)来定义好坏，一般要求至17.5MΩ-cm以上才算合格；为此需动用多重离子交换树脂、RO逆渗透、与UV紫外线杀菌等重重关卡，才能放行使用。由于去离子水是最佳的溶剂与清洁剂，其在半导体工业之使用量极为惊人！ 8、洁净室所有用得到的气源，包括吹干晶圆及机台空压所需要的，都得使用氮气(98%)，吹干晶圆的氮气甚至要求99.8%以上的高纯氮！以上八点说明是最基本的要求，另还有污水处理、废气排放的环保问题，再再需要大笔大笔的建造与维护费用! 二、晶圆制作 硅晶圆(siliconwafer)是一切集成电路芯片的制作母材。既然说到晶体，显然是经过纯炼与结晶的程序。目前晶体化的制程，大多是采「柴可拉斯基」(Czycrasky)拉晶法(CZ法)。拉晶时，将特定晶向(orientation)的晶种(seed)，浸入过饱和的纯硅熔汤(Melt)中，并同时旋转拉出，硅原子便依照晶种晶向，乖乖地一层层成长上去，而得出所谓的晶棒(ingot)。晶棒的阻值如果太低，代表其中导电杂质(impuritydopant)太多，还需经过FZ法(floating-zone)的再结晶(re-crystallization)，将杂质逐出，提高纯度与阻值。 三、半导体制程设备 半导体制程概分为三类：(1)薄膜成长，(2)微影罩幕，(3)蚀刻成型。设备也跟着分为四类：(a)高温炉管，(b)微影机台，(c)化学清洗蚀刻台，(d)电浆真空腔室。其中(a)~(c)机台依序对应
一、半导体衬底 1、硅是目前半导体中用的最多的一种衬底材料 2、硅的性能：屈服强度7x109 N/m2 弹性模量 1.9x1011 N/m2 密度2.3 g/cm3 热导率 1.57 Wcm-1°C-1 热膨胀系数2.33x10-6 °C-1 电阻率(P) n-型 1 - 50 ?.cm 电阻率(Sb) n-型0.005 -10?.cm 电阻率(B) p-Si 0.005 -50 ?.cm 少子寿命30 -300 μs 氧5 -25 ppm 碳 1 - 5 ppm 缺陷<500 cm-2 直径Up to 200 mm 重金属杂质< 1 ppb 3、硅的纯化SiO2+2C?Si(冶金级）+2CO、Si+3HCl SiHCl3+H2、2SiHCl3(蒸馏后 的)+2H2 2Si(电子级)+6HCl 4、直拉法单晶生长（p19）：多晶硅放在坩埚中，加热到1420oC将硅熔化，将已知晶向的 籽晶插入熔化硅中然后拔出。硅锭旋转速度20r/min 坩埚旋转速度10r/min 提升速度：1.4mm/min (φ100mm) 掺杂P、B、Sb、As 5、芯片直径增大, 均匀性问题越来越突出 6、区熔法晶体生长（p28）：主要用于制备高纯度硅或无氧硅。生长方法：多晶硅锭放 置在一个单晶籽晶上，多晶硅锭由一个外部的射频线圈加热，使得硅锭局部熔化，随着线圈和熔融区的上移，单晶籽晶上就会往上生长单晶。特点：电阻率高、无杂质沾污、机械强度小，尺寸小。 7、 二、热氧化 1、SiO2的基本特性：热SiO2是无定形的、良好的电绝缘材料、高击穿电场、稳定和可重复的Si/SiO2界面、硅表面的生长基本是保形的、杂质阻挡特性好、硅和SiO2的腐蚀选择特性好。 2、热氧化原理：反应方程：Si(固体)+O2(气体)-->SiO2 3、含Cl氧化：氧化过程中加入少量的HCl 或TCE(三氯乙烯):减少金属沾污、改进Si/SiO2界面性能（P70） 4、氧化中消耗硅的厚度：1umSI被氧化——>2.17umSIO2 5、热氧化的影响因素：温度、气氛（干氧、水汽、HCl）、压力、晶向、掺杂 6、高压氧化：对给定的氧化速率，压力增加，温度可降低；温度不变的情况下，氧化时间可缩短 7、氧化层的缺陷：表面缺陷：斑点、白雾、发花、裂纹体内缺陷：针孔、氧化层错 8、氧化诱生堆垛层错：
半导体制造工艺流程 Document number：NOCG-YUNOO-BUYTT-UU986-1986UT
半导体制造工艺流程 半导体相关知识 本征材料：纯硅9-10个 250000Ω.cm3 N型硅：掺入V族元素--磷P、砷As、锑Sb P型硅：掺入III族元素—镓Ga、硼B PN结： 半导体元件制造过程可分为 前段（FrontEnd）制程 晶圆处理制程（WaferFabrication；简称WaferFab）、 晶圆针测制程（WaferProbe）； 后段（BackEnd） 构装（Packaging）、 测试制程（InitialTestandFinalTest） 晶圆边缘检测系统 一、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，为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，有时可达数千万一台，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着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）之后，接着进行氧化（Oxidation）及沉积，最后进行微影、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。 晶圆与晶片的区别 制造半导体前，必须将硅转换为晶圆片。这要从硅锭的生长开始。单晶硅是原子以三维空间模式周期形成的固体，这种模式贯穿整个材料。多晶硅是很多具有不同晶向的小单晶体单独形成的，不能用来做半导体电路。多晶硅必须融化成单晶体，才能加工成半导体应用中使用的晶圆片。晶片由晶圆切割成，直径和晶圆相同，厚度为300μm 由于硅很硬，要用金刚石锯来准确切割晶圆片，以得到比要求尺寸要厚一些的晶片。激光锯也有助于减少对晶圆片的损伤、厚度不均、弯曲以及翘曲缺陷。 切割晶圆片后，开始进入研磨工艺。研磨晶圆片以减少正面和背面的锯痕和表面损伤。同时打薄晶圆片并帮助释放切割过程中积累的硬力。研磨后，进入刻蚀和清洗工艺，使用氢氧化钠、乙酸和硝酸的混合物以减轻磨片过程中产生的损伤和裂纹。关键的倒角工艺是要将晶圆片的边缘磨圆，彻底消除将来电路制作过程中破损的可能性。倒角后，要按照最终用户的要求，经常需要对边缘进行抛光，提高整体清洁度以进一步减少破损。
这可能最简单的半导体工艺流程（一文看懂芯片制作流程） 本文来源于公众号“半导体产业园” 上一期我们聊了CMOS的工作原理，我相信你即使从来没有学过物理，从来没学过数学也能看懂，但是有点太简单了，适合入门，如果你想了解更多的CMOS 内容，就要看这一期的内容了，因为只有了解完工艺流程（也就是二极管的制作流程）之后，才可以继续了解后面的内容。那我们这一期就了解一下这个CMOS 在foundry公司是怎么生产的（以非先进制程作为例子，先进制程的CMOS无论在结构上还是制作原理上都不一样）。 首先要知道foundry从供应商（硅片供应商）那里拿到的晶圆（也叫wafer，我们后面简称wafer）是一片一片的，半径为100mm（8寸厂）或者是150mm（12寸厂）的晶圆。如下图，其实就是类似于一个大饼，我们把它称作衬底。 但是呢，我们这么看不太方便，我们从下往上看，看截面图，也就是变成了下图这个样子。
下面我们就看看怎么出现我们上一期提到的CMOS模型，由于实际的process需要几千个步骤，我在这里就拿最简单的8寸晶圆的主要步骤来聊。 制作Well和反型层： 也就是通常说的阱，well是通过离子植入（Ion Implantation，后面简称imp）的方式进入到衬底上的，如果要制作NMOS，需要植入P型well，如果制作PMOS，需要植入N型well，为了方便大家了解，我们拿NMOS来做例子。离子植入的机器通过将需要植入的P型元素打入到衬底中的特定深度，然后再在炉管中高温加热，让这些离子活化并且向周围扩散。这样就完成了well的制作。制作完成后是这个样子的。 在制作well之后，后面还有其他离子植入的步骤，目的就是控制沟道电流和阀值电压的大小，大家可以统一叫做反型层。如果是要做NMOS，反型层植入的是P型离子，如果是要做PMOS，反型层植入的是N型离子。植入之后是下面这个模型。
半导体生产流程 所谓的半导体，是指在某些情况下，能够导通电流，而在某些条件下，又具有绝缘体效用的物质；而至于所谓的IC，则是指在一半导体基板上，利用氧化、蚀刻、扩散等方法，将众多电子电路组成各式二极管、晶体管等电子组件，作在一微小面积上，以完成某一特定逻辑功能（例如：AND、OR、NAND等），进而达成预先设定好的电路功能。自1947年12月23日第一个晶体管在美国的贝尔实验室(BellLab)被发明出来，结束了真空管的时代，到1958年TI开发出全球第一颗IC成功，又意谓宣告晶体管的时代结束，IC的时代正式开始。从此开始各式IC不断被开发出来，集积度也不断提升。从小型集成电路（SSI），每颗IC包含10颗晶体管的时代；一路发展MSI、LSI、VLSI、ULSI；再到今天，短短50年时间，包含千万个以上晶体管的集成电路已经被大量生产，并应用到我们的生活的各领域中来，为我们的生活带来飞速的发展。不能想象离开半导体产业我们的生活将会怎样，半导体技术的发展状况已成为一个国家的技术状况的重要指针，电子技术也成为一个国家提高国防能力的重要途径。 半导产品类别 目前的半导体产品可分为集成电路、分离式组件、光电半导体等三种。 集成电路(IC)，是将一电路设计，包括线路及电子组件，做在一片硅芯片上，使其具有处理信息的功能，有体积小、处理信息功能强的特性。依功能可将IC分为四类产品：内存IC、微组件、逻辑IC、模拟IC。 分离式半导体组件，指一般电路设计中与半导体有关的组件。常见的分离式半导体组件有晶体管、二极管、闸流体等。
光电式半导体，指利用半导体中电子与光子的转换效应所设计出之材料与组件。主要产品包括发光组件、受光组件、复合组件和光伏特组件等。 IC产品介绍 IC产品可分为四个种类，这些产品可细分为许多子产品，分述如下：内存IC：顾名思义，内存IC是用来储存资料的组件，通常用在计算机、电视游乐器、电子词典上。依照其资料的持久性(电源关闭后资料是否消失)可再分为挥发性、非挥发性内存；挥发性内存包括DRAM、SRAM，非挥发性内存则大致分为MaskROM、EPROM、EEPROM、FlashMemory四种。 微组件IC：指有特殊的资料运算处理功能的组件；有三种主要产品：微处理器指微电子计算器中的操作数件，如计算机的CPU；微控制器是计算机中主机与接口中的控制系统，如声卡、影视卡...等的控制组件；数字讯号处理IC可将模拟讯号转为数字讯号，通常用于语音及通讯系统。 模拟IC：低复杂性、应用面积大、整合性低、流通性高是此类产品的特色，通常用来作为语言及音乐IC、电源管理与处理的组件。 逻辑IC：为了特殊信息处理功能(不同于其它IC用在某些固定的范畴)而设计的IC，目前较常用在电子相机、3DGame、 IC产业 IC的制造可由上游至下游分为三种工业，一是与IC的制造有直接关系的工业、包括晶圆制造业、IC制造业、IC封装业；二是辅助IC制造的工业，包括IC设计、光罩制造、IC测试、化学品、导线架工业；三是提供IC制造支持的产业，如设备、仪器、计算机辅助设计工具工业...等。 IC（集成电路）制作过程简介