[精选]集成电路制备工艺课件14971.pptx

集成电路Contentsv 集成电路的定义v 集成电路的分类v 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v 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v 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。v 按制作工艺：半导体集成电路和膜集成电路。v 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v 按集成度高低：v 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。v 中规模集成电路：MSI 英文全名为MediumScaleIntegration,逻辑门11100 个 或 晶体管1011k 个。v 大规模集成电路：LSI 英文全名为LargeScaleIntegration,逻辑门1011k 个 或 晶体管1,00110k 个。v 超大规模集成电路：VLSI 英文全名为Verylargescaleintegration,逻辑门1,00110k 个 或 晶体管10,001100k 个。v 特大规模集成电路：ULSI 英文全名为UltraLargeScaleIntegration,逻辑门10,0011M 个 或 晶体管100,00110M 个。v 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 1.图图形形转换转换：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 2.2.掺杂掺杂：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 3.3.制膜：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图形形转换转换：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、湿法刻蚀掺杂掺杂：离子注入 退火扩散制膜：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 后部 封装 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v 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v 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v 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pptn 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。n 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v 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v干法刻蚀v 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v 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v 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v 替位式扩散：杂质离子占据硅原子的位：、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v 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v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v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v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l 理想的电绝缘材料：eg 大于8eVl 化学性质非常稳定l 室温下只与氢氟酸发生化学反映l 能很好的附着在大多数材料上l 可生长或淀积在硅圆片上氧化膜的用途l 光刻掩蔽（扩散掩蔽层，离子注入阻挡层）lMOS 管的绝缘 栅材料l 电路隔离或绝缘介质，多层金属间介质l 电容介质材料l 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v 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v 化学气相淀积法v 热分解淀积法v 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)v 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vCVD 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 10m 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（Molecular Beam Epitaxy MBE）；(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）v 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）陶瓷封装n 背面减薄 硅片在装配开始前必须被减薄。较薄的硅片更容易划成小芯片并改善散热，最终集成电路管壳的外形尺寸和重量也会减小。n 分片使用金刚石刀刃的划片锯把每个芯片从硅片上切下来。n 装架分片后，硅片被转移到装架上，每个好的芯片被粘贴到底座或者引线框架上。n 引线缝合将芯片表面的焊压点和引线框架上或基座上的电极内端进行电连接。n 封装将已完成引线缝合的芯片和模块化工艺的引线框架完全包封。n 最终测试重要功能 封装类型微电子技术课程ppt集成电路封装工艺流程微电子技术课程ppt各种封装类型示意图9、静夜四无邻，荒居旧业贫。5 月-235 月-23Wednesday,May 24,202310、雨中黄叶树，灯下白头人。01:00:0001:00:0001:005/24/2023 1:00:00 AM11、以我独沈久，愧君相见频。5 月-2301:00:0001:00May-2324-May-2312、故人江海别，几度隔山川。01:00:0001:00:0001:00Wednesday,May 24,202313、乍见翻疑梦，相悲各问年。5 月-235 月-2301:00:0001:00:00May 24,202314、他乡生白发，旧国见青山。24 五月 20231:00:00 上午01:00:005 月-2315、比不了得就不比，得不到的就不要。五月 231:00 上午5 月-2301:00May 24,202316、行动出成果，工作出财富。2023/5/24 1:00:0101:00:0124 May 202317、做前，能够环视四周；做时，你只能或者最好沿着以脚为起点的射线向前。1:00:01 上午1:00 上午01:00:015 月-239、没有失败，只有暂时停止成功！。5 月-235 月-23Wednesday,May 24,202310、很多事情努力了未必有结果，但是不努力却什么改变也没有。01:00:0101:00:0101:005/24/2023 1:00:01 AM11、成功就是日复一日那一点点小小努力的积累。5 月-2301:00:0101:00May-2324-May-2312、世间成事，不求其绝对圆满，留一份不足，可得无限完美。01:00:0101:00:0101:00Wednesday,May 24,202313、不知香积寺，数里入云峰。5 月-235 月-2301:00:0101:00:01May 24,202314、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。24 五月 20231:00:01 上午01:00:015 月-2315、楚塞三湘接，荆门九派通。五月 231:00 上午5 月-2301:00May 24,202316、少年十五二十时，步行夺得胡马骑。2023/5/24 1:00:0101:00:0124 May 202317、空山新雨后，天气晚来秋。1:00:01 上午1:00 上午01:00:015 月-239、杨柳散和风，青山澹吾虑。5 月-235 月-23Wednesday,May 24,202310、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。01:00:0101:00:0101:005/24/2023 1:00:01 AM11、越是没有本领的就越加自命不凡。5 月-2301:00:0101:00May-2324-May-2312、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。01:00:0101:00:0101:00Wednesday,May 24,202313、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。5 月-235 月-2301:00:0101:00:01May 24,202314、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。24 五月 20231:00:01 上午01:00:015 月-2315、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。五月 231:00 上午5 月-2301:00May 24,202316、业余生活要有意义，不要越轨。2023/5/24 1:00:0101:00:0124 May 202317、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。1:00:01 上午1:00 上午01:00:015 月-23MOMODA POWERPOINTLoremipsumdolorsitamet,consecteturadipiscingelit.Fusceidurnablandit,eleifendnullaac,fringillapurus.Nullaiaculistemporfelisutcursus.感 谢 您 的 下 载 观 看专家告诉