半导体制造工艺流程.docx
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半导体制造工艺流程
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半导体制造工艺流程
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。
硅片监控
图表8硅片监控
晶圆(晶片)
图表10晶圆切割
晶圆(晶片)的生产由砂即(二氧化硅)开始,经由电弧炉的提炼还原成冶炼级的硅,再经由盐酸氯化,产生三氯化硅,经蒸馏纯化后,透过慢速分解过程,制成棒状或粒状的「多晶硅」。
一般晶圆制造厂,将多晶硅融解后,再利用硅晶种慢慢拉出单晶硅晶棒。
一支85公分长,重公斤的8寸硅晶棒,约需2天半时间长成。
经研磨、抛光、切片后,即成半导体之原料晶圆片
二、晶圆针测制程
经过晶圆处理制程后,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)。
然后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构装制程(Packaging):
利用塑料和陶瓷包装晶粒以成积体电路
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。
半导体制造环境要求
主要污染源:
微尘颗粒、中金属离子、有机物残留物和钠离子等轻金属例子。
超净间:
洁净等级主要由微尘颗粒数/m3
I级3531NA
10级350753010NA
100级NA750300100NA
1000级NANANA10007
气体净化处理系统
典型的PN结隔离的掺金TTL电路工艺流程
1.衬底选择
P型Si10Ω.cmρ111晶向,偏离2O~5O
晶圆(晶片)
晶圆(晶片)的生产由砂即(二氧化硅)开始,经由电弧炉的提炼还原成冶炼级的硅,再经由盐酸氯化,产生三氯化硅,经蒸馏纯化后,透过慢速分解过程,制成棒状或粒状的「多晶硅」。
一般晶圆制造厂,将多晶硅融解后,再利用硅晶种慢慢拉出单晶硅晶棒。
一支85公分长,重76.6公斤的8寸硅晶棒,约需2天半时间长成。
经研磨、抛光、切片后,即成半导体之原料晶圆片
第一次光刻—N+埋层扩散孔
1。
减小集电极串联电阻
2。
减小寄生PNP管的影响
SiO2
要求:
1。
杂质固浓度大
2。
高温时在Si中的扩散系数小,
以减小上推
3。
与衬底晶格匹配好,以减小应力
涂胶—烘烤---掩膜(曝光)---显影---坚膜—蚀刻—清洗
—去膜--清洗—N+扩散(P)
外延层淀积
图表1原子层淀积系统
1。
VPE(Vaporousphaseepitaxy)气相外延生长硅
SiCl4+H2→Si+HCl
2。
氧化
Tepi>Xjc+Xmc+TBL-up+tepi-ox
第二次光刻—P+隔离扩散孔
图表3CD检测设备-半导体国际
在衬底上形成孤立的外延层岛,实现元件的隔离.
SiO2
涂胶—烘烤---掩膜(曝光)---显影---坚膜—蚀刻—清洗
—去膜--清洗—P+扩散(B)
第三次光刻—P型基区扩散孔
决定NPN管的基区扩散位置范围
去SiO2—氧化--涂胶—烘烤---掩膜(曝光)---显影---坚膜
—蚀刻—清洗—去膜—清洗—基区扩散(B)
图表9DaVinciTM湿法表面处理设备
第四次光刻—N+发射区扩散孔
集电极和N型电阻的接触孔,以及外延层的反偏孔。
Al—N-Si欧姆接触:
ND≥1019cm-3,
去SiO2—氧化--涂胶—烘烤---掩膜(曝光)---显影---坚膜
—蚀刻—清洗—去膜—清洗—扩散
第五次光刻—引线接触孔
去SiO2—氧化--涂胶—烘烤---掩膜(曝光)---显影---坚膜
—蚀刻—清洗—去膜—清洗
第六次光刻—金属化内连线:
反刻铝
图表4DaVinciTM湿法表面处理设备
SiO2
去SiO2—氧化--涂胶—烘烤---掩膜(曝光)---显影---坚膜
—蚀刻—清洗—去膜—清洗—蒸铝
高能点胶光刻系统
图表6高产能点胶系统
半自动焊接键合系统
图表5半自动焊接键合系统
内存修正系统
图表2内存修正系统
光掩膜缺陷检查装置
图表7光掩膜缺陷检查装置
缺陷检测设备
图表12缺陷检测
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