集成电路制备工艺

集成电路Contents集成电路的定义集成电路的分类集成电路的工艺微电子技术课程ppt微电子技术课程ppt集成电路定义集成电路（integratedcircuit）是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构；其中所有元件在结构上已组成一个整体，使电子元件向着微小型化、低功耗和高可靠性方面迈进了一大步。它在电路中用字母“IC”表示。集成电路分类按其功能结构：可以分为模拟集成电路、数字集成电路和数/模混合集成电路三大集成电路类。按制作工艺：半导体集成电路和膜集成电路。按导电类型：双极型集成电路和单极型集成电路，他们都是数字集成电路。微电子技术课程ppt集成电路分类按集成度高低：小规模集成电路：SSI英文全名为SmallScaleIntegration,逻辑门10个以下或晶体管100个以下。中规模集成电路：MSI英文全名为MediumScaleIntegration,逻辑门11~100个或晶体管101~1k个。大规模集成电路：LSI英文全名为LargeScaleIntegration,逻辑门101~1k个或晶体管1,001~10k个。超大规模集成电路：VLSI英文全名为Verylargescaleintegration,逻辑门1,001~10k个或晶体管10,001~100k个。特大规模集成电路：ULSI英文全名为UltraLargeScaleIntegration,逻辑门10,001~1M个或晶体管100,001~10M个。巨大规模集成电路：GLSI英文全名为GigaScaleIntegration,逻辑门1,000,001个以上或晶体管10,000,001个以上。微电子技术课程ppt集成电路生产工艺前部工序的主要工艺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微电子技术课程ppt集成电路生产工艺图形转换：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、溅射微电子技术课程ppt集成电路生产工艺后部封装（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、包装微电子技术课程ppt划片微电子技术课程ppt集成电路生产工艺集成电路生产工艺图形转换：光刻光刻三要素：光刻胶、掩膜版和光刻机光刻胶又叫光致抗蚀剂，它是由光敏化合物、基体树脂和有机溶剂等混合而成的胶状液体光刻胶受到特定波长光线的作用后，导致其化学结构发生变化，使光刻胶在某种特定溶液中的溶解特性改变正胶：分辨率高，在超大规模集成电路工艺中，一般只采用正胶负胶：分辨率差，适于加工线宽≥3m的线条微电子技术课程ppt微电子技术课程ppt集成电路生产工艺正胶：曝光后可溶分辨率高负胶：曝光后不可溶分辨率差集成电路生产工艺图形转换：光刻几种常见的光刻方法接触式光刻、接近式曝光、投影式曝光微电子技术课程ppt集成电路生产工艺图形转换：光刻接触式光刻：分辨率较高，但是容易造成掩膜版和光刻胶膜的损伤。接近式曝光：在硅片和掩膜版之间有一个很小的间隙(10～25m)，可以大大减小掩膜版的损伤，分辨率较低投影式曝光：利用透镜或反射镜将掩膜版上的图形投影到衬底上的曝光方法，目前用的最多的曝光方式微电子技术课程ppt集成电路生产工艺微电子技术课程ppt湿法刻蚀利用液态化学试剂或溶液通过化学反应进行刻蚀的方法。干法刻蚀主要指利用低压放电产生的等离子体中的离子或游离基（处于激发态的分子、原子及各种原子基团等）与材料发生化学反应或通过轰击等物理作用而达到刻蚀的目的。图形转换：刻蚀技术集成电路生产工艺图形转换：刻蚀技术湿法腐蚀：湿法化学刻蚀在半导体工艺中有着广泛应用：磨片、抛光、清洗、腐蚀优点是选择性好、重复性好、生产效率高、设备简单、成本低缺点是钻蚀严重、对图形的控制性较差微电子技术课程ppt集成电路生产工艺图形转换：刻蚀技术干法刻蚀溅射与离子束铣蚀：通过高能惰性气体离子的物理轰击作用刻蚀，各向异性性好，但选择性较差等离子刻蚀(PlasmaEtching)：利用放电产生的游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(ReactiveIonEtching，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微电子技术课程ppt集成电路生产工艺杂质掺杂掺杂：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、欧姆接触磷(P)、砷(As)—N型硅硼(B)—P型硅掺杂工艺：扩散、离子注入微电子技术课程ppt集成电路生产工艺杂质掺杂：扩散替位式扩散：杂质离子占据硅原子的位：Ⅲ、Ⅴ族元素一般要在很高的温度(950～1280℃)下进行磷、硼、砷等在二氧化硅层中的扩散系数均远小于在硅中的扩散系数，可以利用氧化层作为杂质扩散的掩蔽层间隙式扩散：杂质离子位于晶格间隙：Na、K、Fe、Cu、Au等元素扩散系数要比替位式扩散大6～7个数量级微电子技术课程ppt微电子技术课程ppt集成电路生产工艺替位式扩散低扩散率杂质离子占据硅原子的位置（Ar、P）杂质掺杂：扩散间隙式扩散高扩散率杂质离子位于晶格间隙（Au、Cu、Ni）集成电路生产工艺杂质掺杂：扩散微电子技术课程ppt横向扩散当原子扩散进入硅片，向各个方向运动，杂质沿硅片表面方向迁移，会导致沟道长度减小，影响器件的集成度和性能。集成电路生产工艺离子注入离子注入：将具有很高能量的杂质离子射入半导体衬底中的掺杂技术，掺杂深度由注入杂质离子的能量和质量决定，掺杂浓度由注入杂质离子的数目(剂量)决定掺杂的均匀性好温度低：小于600℃可以精确控制杂质分布可以注入各种各样的元素横向扩展比扩散要小得多。可以对化合物半导体进行掺杂微电子技术课程ppt集成电路生产工艺微电子技术课程ppt集成电路生产工艺：退火退火：也叫热处理，集成电路工艺中所有的在氮气等不活泼气氛中进行的热处理过程都可以称为退火激活杂质：使不在晶格位置上的离子运动到晶格位置，以便具有电活性，产生自由载流子，起到杂质的作用消除损伤退火方式：炉退火快速退火：脉冲激光法、扫描电子束、连续波激光、非相干宽带频光源(如卤光灯、电弧灯、石墨加热器、红外设备等)微电子技术课程ppt集成电路生产工艺：制膜微电子技术课程ppt氧化工艺氧化膜的生长方法，硅片放在1000C左右的氧气气氛中生长氧化层。选择SiO2的原因理想的电绝缘材料：eg大于8eV化学性质非常稳定室温下只与氢氟酸发生化学反映能很好的附着在大多数材料上可生长或淀积在硅圆片上氧化膜的用途光刻掩蔽（扩散掩蔽层，离子注入阻挡层）MOS管的绝缘栅材料电路隔离或绝缘介质，多层金属间介质电容介质材料器件表面保护或钝化膜湿氧氧化：氧化速率高但结构略粗糙，制备厚二氧化硅薄膜干氧氧化：结构致密但氧化速率极低集成电路生产工艺：制膜SiO2的制备方法热氧化法干氧氧化水蒸汽氧化湿氧氧化干氧－湿氧－干氧(简称干湿干)氧化法氢氧合成氧化化学气相淀积法热分解淀积法溅射法微电子技术课程ppt集成电路生产工艺：制膜化学汽相淀积(CVD)化学汽相淀积(ChemicalVaporDeposition)：通过气态物质的化学反应在衬底上淀积一层薄膜材料的过程CVD技术特点：具有淀积温度低、薄膜成分和厚度易于控制、均匀性和重复性好、台阶覆盖优良、适用范围广、设备简单等一系列优点CVD方法几乎可以淀积集成电路工艺中所需要的各种薄膜，例如掺杂或不掺杂的SiO2、多晶硅、非晶硅、氮化硅、金属(钨、钼)等微电子技术课程ppt集成电路生产工艺：制膜常用的CVD技術有：(1)常压化学气相淀积（APCVD）；(2)低压化學气相淀积（LPCVD）；(3)等离子增强化學气相淀积（PECVD）较为常见的CVD薄膜包括有：二氧化硅（通常直接称为氧化层）氮化硅多晶硅难熔金属与这类金属之其硅化物微电子技术课程ppt集成电路生产工艺：制膜物理气相淀积（PVD）PVD主要是一种物理制程而非化学制程。此技术一般使用氩等钝气体，在高真空中将氩离子加速以撞击溅镀靶材后，可将靶材原子一个个溅击出来，并使被溅击出来的材质（通常为铝、钛或其合金）如雪片般沉积在晶圆表面。PVD以真空、溅射、离子化或离子束等方法使純金属揮發，与碳化氫、氮气等气体作用，加熱至400～600℃（約1～3小時）後，蒸鍍碳化物、氮化物、氧化物及硼化物等1～10μm厚之微細粒狀薄膜。PVD可分為三种技術：(1)蒸鍍（Evaporation）；(2)分子束外延成長（MolecularBeamEpitaxyMBE）；(3)濺鍍（Sputter）微电子技术课程ppt集成电路生产工艺：制膜物理气相淀积（PVD）PVD技术有两种基本工艺：蒸镀法和溅镀法。前者是通过把被蒸镀物质(如铝)加热，利用被蒸镀物质在高温下(接近物质的熔点)的饱和蒸气压，来进行薄膜沉积；后者是利用等离子体中的离子，对被溅镀物质电极进行轰击，使气相等离子体内具有被溅镀物质的粒子，这些粒子沉积到硅表面形成薄膜。在集成电路中应用的许多金属或合金材料都可通过蒸镀或溅镀的方法制造。淀积铝也称为金属化工艺，它是在真空设备中进行的。在硅片的表面形成一层铝膜。微电子技术课程ppt集成电路生产工艺：制膜微电子技术课程ppt集成电路生产工艺：制膜微电子技术课程ppt溅射镀膜集成电路生产工艺微电子技术课程ppt涂（正）光刻胶选择曝光热氧化SiO2下面以N型硅上扩散硼制做二极管为例，说明平面工艺的工艺流程。集成电路生产工艺微电子技术课程ppt去胶掺杂显影（第1次图形转移）刻蚀（第2次图形转移）集成电路生产工艺微电子技术课程ppt蒸发镀Al膜光刻Al电极CVD淀积SiO2膜光刻引线孔集成电路生产工艺:测试与封装微电子技术课程ppt一旦所有制造与测试完成，芯片被从硅片上分离出电性能良好的器件，进行封装。为芯片提供一种保护以便它能粘贴到其他装配板上。•芯片测试•装配和封装由于日益复杂的IC电路、材料和工艺的迅速引入，100%的正确率在先进硅片制造中几乎是不可能出现的。测试对于检验芯片的功能性来说是一项非常重要的工作。测试必须能分辨好的芯片和有缺陷的芯片，合格的芯片将继续下面的工艺，有缺陷的芯片通过修正或报废。集成电路生产工艺:测试与封装微电子技术课程ppt硅片测试硅片测试是为了检验规格的一致性而在硅片级集成电路上进行的电学参数测量。测试IC生产阶段硅片/芯片级测试描述IC设计验证生产前硅片级描述、调试和检验新的芯片设计，保证符合规格要求。在线参数测试硅片制造过程中硅片级为了监控工艺，在制造过程的早期（前端）进行的产品工艺检验测试。硅片筛选测试（探针）硅片制造后硅片级产品功能测试，验证每个芯片是否符合产品规格。可靠性封装的IC封装的芯片级集成电路加电并在高温下测试，以发现早期失效（有时候，也在在线参数测试中进行硅片级的可靠性测试）。最终测试封装的IC封装的芯片级使用产品规格进行的产品功能测试。集成电路生产工艺:测试与封装微电子技术课程ppt装配和封装通过自动测试设备（ATE）进行单个芯片的电学测试以确保集成电路质量。1.保护芯片以免由环境和传递引起损坏。2.为芯片的信号输入和输出提供互连。3.芯片的物理支撑。4.散热。塑料封装（环氧树脂聚合物）陶瓷