芯片生产工艺流程课件(PPT 59页)

离基与材料发生化学反应，形成挥发物，实现刻蚀。 选择性好、对衬底损伤较小，但各向异性较差
• 反应离子刻蚀(Reactive Ion Etching，简称为 RIE)：通过活性离子对衬底的物理轰击和化学 反应双重作用刻蚀。具有溅射刻蚀和等离子 刻蚀两者的优点，同时兼有各向异性和选择 性好的优点。目前，RIE已成为VLSI工艺中应 用最广泛的主流刻蚀技术
N+
P+
有源区
集成电路的内部单元(俯视图)
晶体管光学照片
8mm低噪声放大器版图
晶体管SEM照片
沟道长度为0.15微米的晶体管 栅长为90纳米的栅图形照片
100 m 头发丝粗细
30m
50m 30~50m (皮肤细胞的大小)
1m 1m (晶体管的大小)
90年代生产的集成电路中晶体管大小与人 类头发丝粗细、皮肤细胞大小的比较
N沟道MOS晶体管
CMOS集成电路(互补型MOS集成电路)： 目前应用最为广泛的一种集成电路，约占 集成电路总数的95%以上。
集成电路制造工艺
• 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
• 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
• 制膜：制作各种材料的薄膜
杂质掺杂
• 掺杂：将需要的杂质掺入特定的半 导体区域中，以达到改变半导体电 学性质，形成PN结、电阻、欧姆接 触
行为仿真
是
综合、优化——网表
否 时序仿真
是 布局布线——版图
—设计业—
后仿真 是
Sing off
集成电路芯片设计过程框架
否
From 吉利久教授
芯片制造过程 —制造业—

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• 光刻：由此进入50-200纳米尺寸的晶体管级别。一块晶圆
上可以切割出数百个处理器，不过从这里开始把视野缩小
到其中一个上，展示如何制作晶体管等部件。晶体管相当
于开关，控制着电流的方向。现在的晶体管已经如此之小，
一个针头上就能放下大约3000万个。
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• 溶解光刻胶：光刻过程中曝光在紫外线下的光刻 胶被溶解掉，清除后留下的图案和掩模上的一致。
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•芯 片 加 工 无 尘 车 间
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• 光刻胶(Photo Resist)：图中蓝色部分就是在晶圆旋转过 程中浇上去的光刻胶液体，类似制作传统胶片的那种。晶 圆旋转可以让光刻胶铺的非常薄、非常平。
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• 光刻：光刻胶层随后透过掩模(Mask)被曝光在紫外线(UV)之下，变得 可溶，期间发生的化学反应类似按下机械相机快门那一刻胶片的变化。 掩模上印着预先设计好的电路图案，紫外线透过它照在光刻胶层上， 就会形成微处理器的每一层电路图案。一般来说，在晶圆上得到的电 路图案是掩模上图案的四分之一。
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INTEL 图解芯片制作工艺流程
共九个步骤
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• 沙子：硅是地壳内第二丰富的元素，而脱氧后的沙子(尤 其是石英)最多包含25％的硅元素，以二氧化硅(SiO2)的 形式存在，这也是半导体制造产业的基础。
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• 硅熔炼：12 英寸/300毫米 晶圆级，下同。 通过多步净化 得到可用于半 导体制造质量 的硅，学名电 子级硅(EGS)， 平均每一百万 个硅原子中最 多只有一个杂 质原子。此图 展示了是如何 通过硅净化熔 炼得到大晶体 的，最后得到 的就是硅锭 (Ingot)。

第五阶段合影
晶体管就绪：至此，晶体管已经基本完成。在绝缘材(品红色)上蚀刻出三个孔洞， 并填充铜，以便和其它晶体管互连。
电镀：在晶圆上电镀一层硫酸铜，将铜离子沉淀到晶体管上。铜离子会从正极(阳极) 走向负极(阴极)。
铜层：电镀完成后，铜离子沉积在晶圆表面，形成一个薄薄的铜层。
第六阶段合影
抛光：将多余的铜抛光掉，也就是磨光晶圆表面。
芯片制造过程
下边就图文结合，一步一步看看：
沙子：硅是地壳内第二丰富的元素，而脱氧后的沙子(尤其是石英)最多包含25％的 硅元素，以二氧化硅(SiO2)的形式存在，这也是半导体制造产业的基础。
硅熔炼：12英寸/300毫米晶圆级，下同。通过多步净化得到可用于半导体制造质量的 硅，学名电子级硅(EGS)，平均每一百万个硅原子中最多只有一个杂质原子。此图展 示了是如何通过硅净化熔炼得到大晶体的，最后得到的就是硅锭(Ingot)。
这种在世界上最干净的房间里制造出来的最复杂的产品实际上是经过数百个步骤得来 的，这里只是展示了其中的一些关键步骤。
第九阶合影
等级测试：最后一次测试，可以鉴别出每一颗处理器的关键特性，比如最高频率、 功耗、发热量等，并决定处理器的等级，比如适合做成最高端的Core i7-975 Extreme，还是低端型号Core i7-920。
离子注入(Ion Implantation)：在真空系统中，用经过加速的、要掺杂的原子的离子 照射(注入)固体材料，从而在被注入的区域形成特殊的注入层，并改变这些区域的硅 的导电性。经过电场加速后，注入的离子流的速度可以超过30万千米每小时。
清除光刻胶：离子注入完成后，光刻胶也被清除，而注入区域(绿色部分)也已掺杂， 注入了不同的原子。注意这时候的绿色和之前已经有所不同。

芯片制作过程– 电路连接
The portions of a chip that conduct electricity form the chip’s interconnections. A conducting metal (usually a form of aluminum) is deposited on the entire wafer surface. Unwanted metal removed during lithography and etching leaves microscopically thin lines of metal interconnects. All the millions of individual conductive pathways must be connected in order for the chip to function. This includes vertical interconnections between the layers as well as horizontal Interconnections across each layer of the chip.
SMIC
0.13u
Cu
BEOL
Flow
1M L D D FL O W
C V D S IN D E P FSG D EP S IO N D E P V IA P H O T O V IA D R Y E T C H V IA C L E A N B A R C C O A T IN G PLUG ETCH BACK M TO X PH O TO M T DRY ETCH M T CLEAN STO P LA Y ER R EM O V E P O S T -S L R C L E A N T a N /T a & C u S E E D C U P L A T IN G M 2CU CM P

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• 等级测试：最后一次测试，可以鉴别出每一颗处理器的关 键特性，比如最高频率、功耗、发热量等，并决定处理器 的等级，比如适合做成最高端的Core i7-975 Extreme，还 是低端型号Core i7-920。
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• 零售包装：制造、测试完毕的处理器要么批量交 付给OEM厂商，要么放在包装盒里进入零售市场。 这里还是以Core i7为例。
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• 光刻：由此进入50-200纳米尺寸的晶体管级别。一块晶圆 上可以切割出数百个处理器，不过从这里开始把视野缩小 到其中一个上，展示如何制作晶体管等部件。晶体管相当 于开关，控制着电流的方向。现在的晶体管已经如此之小， 一个针头上就能放下大约3000万个。
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• 溶解光刻胶：光刻过程中曝光在紫外线下的光刻 胶被溶解掉，清除后留下的图案和掩模上的一致。
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• 硅熔炼：12英 寸/300毫米晶 圆级，下同。 通过多步净化 得到可用于半 导体制造质量 的硅，学名电 子级硅(EGS)， 平均每一百万 个硅原子中最 多只有一个杂 质原子。此图 展示了是如何 通过硅净化熔 炼得到大晶体 的，最后得到 的就是硅锭 (Ingot)。
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单晶硅锭：整体基本呈圆柱形，重 约100千克，硅纯度99.9999％。
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汇报完毕
谢谢指导！
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• 电镀：在晶圆上电镀一层硫酸铜，将铜离子沉淀 到晶体管上。铜离子会从正极(阳极)走向负极(阴 极)。
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• 铜层：电镀完成后，铜离子沉积在晶圆表面，形 成一个薄薄的铜层。

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• 丢弃瑕疵内核：晶圆级别。测试过程中发现的有 瑕疵的内核被抛弃，留下完好的准备进入下一步。
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• 放置晶圆的黑盒子
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• 单个内核：内核级别。从晶圆上切割下来的单个 内核，这里展示的是Core i7的核心。
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单晶硅锭：整体基本呈圆柱形，重 约100千克，硅纯度99.9999％。
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处 理 晶 圆 的 机 器
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• 硅锭切割：横向切割成圆形的单个硅片，也就是我们常说 的晶圆(Wafer)。顺便说，这下知道为什么晶圆都是圆形的 了吧？
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• 晶圆：切割出的晶圆经过抛光后变得几乎完美无瑕，表面甚至可以当 镜子。事实上，Intel自己并不生产这种晶圆，而是从第三方半导体企 业那里直接购买成品，然后利用自己的生产线进一步加工，比如现在 主流的45nm HKMG(高K金属栅极)。值得一提的是，Intel公司创立之初 使用的晶圆尺寸只有2英寸/50毫米。
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•芯 片 加 工 无 尘 车 间
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• 光刻胶(Photo Resist)：图中蓝色部分就是在晶圆旋转过程 中浇上去的光刻胶液体，类似制作传统胶片的那种。晶圆 旋转可以让光刻胶铺的非常薄、非常平。
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• 光刻：光刻胶层随后透过掩模(Mask)被曝光在紫外线(UV)之下，变得 可溶，期间发生的化学反应类似按下机械相机快门那一刻胶片的变化。 掩模上印着预先设计好的电路图案，紫外线透过它照在光刻胶层上， 就会形成微处理器的每一层电路图案。一般来说，在晶圆上得到的电 路图案是掩模上图案的四分之一。

离子注入机则用于将杂质 离子注入到晶圆中的特定 区域，以改变材料的电学 性质。
刻蚀机和镀膜机则分别用 于在晶圆表面刻蚀和沉积 材料，形成电路和器件结 构。
封装设备
封装设备是将制造好的芯片封装在管壳中，以保护芯片 并便于使用。
塑封机用于将芯片封装在塑料或陶瓷管壳中，打标机则 用于在管壳上打上标识，便于识别和追踪。
芯片制造工艺技术
薄膜制备技术
01
02
03
化学气相沉积
利用化学反应在芯片表面 形成固态薄膜，常用方法 包括热 CVD、等离子体增 强 CVD 和原子层沉积。
物理气相沉积
通过物理方法将材料原子 或分子沉积到芯片表面， 形成固态薄膜，包括真空 蒸发镀膜和溅射镀膜。
分子束外延
在单晶基底上以单层原子 精度控制生长单晶薄膜的 技术。
光刻技术
光学光刻
利用光线透过掩模投射到光敏材 料上，形成电路图形的光刻技术
。
X 射线光刻
利用 X 射线通过掩模投射到光敏 材料上，形成电路图形的光刻技术 。
离子束光刻
利用离子束通过掩模投射到光敏材 料上，形成电路图形的光刻技术。
刻蚀技术
等离子刻蚀
利用等离子体进行刻蚀的技术，可以实现各向异性刻蚀。
存储器优势
三星电子在存储器领域具有显著优势，其DRAM和 NAND闪存芯片在全球市场份额中占据领先地位。
产业链拓展
三星电子不仅在芯片制造领域有所建树，还 通过拓展产业链，涉足手机、电视等电子产 品领域。
中芯国际的芯片制造工艺
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成熟工艺技术
中芯国际在成熟工艺技术方面具有较强的实力， 能够提供多种制程技术的芯片制造服务。
主要包括塑封机、打标机、测试机等。 测试机则用于测试封装好的芯片性能是否符合要求。

2020/12/11
初级离子气体被吸收到硅片表面
单项工艺-CVD（3）
2020/12/11
初级离子气体在硅片表面分解
单项工艺-CVD（4）
2020/12/11
玻璃的解吸
单项工艺-CVD（5）
2020/12/11
单相工艺-离子注入（1）
2020/12/11
单相工艺-离子注入（2）
2020/12/11
。2020年12月11日星期五2020/12/112020/12/112020/12/11
• 15、会当凌绝顶，一览众山小。2020年12月2020/12/112020/12/112020/12/1112/11/2020
• 16、如果一个人不知道他要驶向哪头，那么任何风都不是顺风。2020/12/112020/12/11December 11, 2020
扩散层
一次氧化
2020/12/11
基区光刻
2020/12/11
干氧氧化
2020/12/11
离子注入
2020/12/11
基区扩散
2020/12/11
发射区光刻
2020/12/11
发射区预淀积
2020/12/11
发射区扩散（*）
2020/12/11
发射区低温氧化（*）
2020/12/11
2020/12/11
检查用显微镜
单项工艺-光刻(4)
清洗
淀积/生长隔离层
（SiO2 Si3N4 金属…）
匀胶
-HMDS喷淋（增加Si的粘性） -匀光刻胶
2020/12/11
单项工艺-光刻(5)
前烘
-增加黏附作用 -促进有机溶剂挥发
对版

单相工艺-离子注入（1）
第二十四页，共五十八页。
单相工艺-离子注入（2）
第二十五页，共五十八页。
单相工艺-离子注入（3）
第二十六页，共五十八页。
单相工艺-蒸发（1）
蒸发原理示意图
第二十七页，共五十八页。
单相工艺-蒸发（2）
溅射原理示意图
第二十八页，共五十八页。
单相工艺-蒸发（3）
第二十九页，共五十八页。
芯片工艺流程演示文稿
第一页，共五十八页。
优选芯片工艺流程ppt
第二页，共五十八页。
单晶拉制（1）
第三页，共五十八页。
单晶拉制（2）
第四页，共五十八页。
单晶拉制（3）
第五页，共五十八页。
单晶拉制（4）
第六页，共五十八页。
单晶拉制（5）
第七页，共五十八页。
环境和着装
第八页，共五十八页。
单项工艺-扩散(1)
匀胶
-用弧光灯将光刻版上的图案转 移 到光刻胶上。
第十六页，共五十八页。
单项工艺-光刻(6)
显影/漂洗
-将圆片进行显影/漂洗，不需要的的光
刻胶溶解到有机溶剂。
坚
膜
-硬化光刻胶。
-
增加与硅片的附着性。
腐蚀
-干法腐蚀/湿法腐蚀
去胶
第十七页，共五十八页。
单项工艺-光刻(7)
光刻工艺过程
第十八页，共五十八页。
单项工艺-CVD（1）
第十九页，共五十八页。
单项工艺-CVD（2）
初级离子气体被吸收到硅片表面
第二十页，共五十八页。
单项工艺-CVD（3）
初级离子气体在硅片表面分解
第二十一页，共五十八页。