半导体制造工艺流程.pdf

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1、 半导体制造工艺流程 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10,2020 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 250000.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（Front End）制程 晶圆处理制程（Wafer Fabrication；简称 Wafer Fab）、晶圆针测制程（Wafer Probe）；后段（Back End）构装（Packa

2、ging）、测试制程（Initial Test and Final Test）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

3、，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 300m 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。      

4、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

5、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（Ink Dot），此程序即 称之为晶圆针测制程（Wafer Probe）。然后晶圆将依晶粒 为单位

6、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 35 3 1 NA 10 级 350 75 30 10 NA 100 级 NA 750 300 100 NA 1000 级 NA NA NA 1000 7 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 Si 10.cm 11

7、1 晶向,偏离 2O5O 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

8、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（Vaporous phase epitaxy)气相外延生长硅 SiCl4+H2Si+HCl 2。氧化 TepiXjc+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(

9、B)图表 9 Da VinciTM 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。AlN-Si 欧姆接触：ND1019cm-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 4 Da VinciTM 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