半导体工艺原理-集成电路制造工艺介绍

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半导体集成电路工艺流程

一、wafer切割

wafer切割是半导体集成电路（IC）生产过程中的第一步，也是半导体片材料的重要环节，它是把单晶和多晶片成型成多种尺寸的半导体片的重要工艺。

经过精密加工，工艺流程从一块单晶或多晶片，变形成多根小片，均匀分开，并实现精密切削，形成一定大小的半导体片材，用于后续的处理和加工。

此外，wafer切割还可以保证切割表面的质量和光洁度，减少片材表面的细孔和针孔，减少电路间的干扰和杂讯，提高电路的可靠性。

二、Lithography

Lithography是半导体IC晶圆工艺流程中的第二步，也是半导体片材料制造的重要环节。它是利用光刻机在半导体片上按照设计绘制图案，利用光刻技术实现图案和电路的微米级加工的工艺。

Lithography在半导体工艺流程中，相当于画笔，利用不同的光刻设备，以不同的分辨率，把原始工艺设计按照比例缩小，然后在光刻机的放射束范围内，直接绘出晶圆上的基本芯片。

通常，在Lithography步骤中，光刻机会在未经曝光的晶圆上，使用蒙特卡洛照片精确测量曝光量，保证批处理的曝光精度，然后，使用激光对晶圆表面进行曝光，形成电路设计图案，从而实现芯片逻辑反馈。三、Dicing

Dicing是晶圆工艺流程的第三步

第三章集成电路制造工艺

2. 扩散方程：
әN
ә2N
=D
әt
әX2
描述了扩散过程硅片上各点杂质浓度随时间变化的规律
3. 杂质分布特点
杂质分布扩散工艺形式不同但总体可分为：恒定源扩散，限定源扩散
恒定源扩散硅片表面处杂质浓度
不随时间变化而变。
限定源扩散硅中杂质总量不变，随时间增加表面杂质浓度不断下降，杂质扩入硅片的深度增大。
❖用等离子体进行薄膜刻蚀的技术。借助辉光放电用等离子体中产生的粒子轰击刻蚀区。 ❖ 是各向异性刻蚀技术，在被刻蚀区域内，各方向上刻蚀速度不同。 ❖ Si3N4、多晶硅、金属及合金材料采用干法刻蚀技术。
3.5.2 超微细图形曝光技术-对准曝光
紫外光
从原理来看：曝光过程，光通过掩膜版总会发生衍射现象。若掩膜版的线条太细，光刻出的线条与间距就会分辨不清。
电阻率非常高，热氧化的SiO2 薄膜为 1015 欧姆·厘米，是很好的绝缘材料，高介电常数。
二. SiO2薄膜的生长方法
工艺：
氧气氧化
氧化
热氧化
氢氧合成氧化
高压氧化
化学气相沉积
热氧化过程
氧化前
氧化后
氧气法氧化：干法氧化，湿法氧化
1. 干法氧化将硅片置于通有氧气的高温环境内，通过到达硅表
面的氧原子与硅的作用发生反应形成SiO2。

半导体制造工艺流程简介

导言：

一、晶圆加工

晶圆加工是制造集成电路的第一步。它包括以下过程：

1.晶圆生长：通过化学气相沉积或金属有机化学气相沉积等方法，在

硅片基底上生长单晶硅。这个过程需要非常高的温度和压力。

2.剥离：将生长的单晶硅从基底上剥离下来，并校正其表面的缺陷。

3.磨削和抛光：使用机械研磨和化学力学抛光等方法，使晶圆的表面

非常光滑。

二、晶圆清洗

晶圆清洗是为了去除晶圆表面的杂质和污染物，以保证后续工艺的顺

利进行。清洗过程包括以下步骤：

1.热酸洗：利用强酸（如硝酸和氢氟酸）将晶圆浸泡，以去除表面的

金属杂质。

2.高温氧化：在高温下将晶圆暴露在氧气中，通过热氧化去除有机杂

质和表面缺陷。

3.金属清洗：使用氢氟酸和硝酸等强酸，去除金属杂质和有机污染物。

4.DI水清洗：用去离子水清洗晶圆，以去除化学清洗剂的残留。

三、晶圆制备

晶圆制备是将晶圆上的材料和元件结构形成的过程。它包括以下过程：

1.掩膜制作：将光敏材料涂覆在晶圆表面，通过光刻技术进行曝光和

显影，形成图案化的光刻胶掩膜。

2.沉积：通过物理气相沉积或化学气相沉积等方法，在晶圆上沉积材

料层，如金属、氧化物、硅等。

3.腐蚀：采用湿法或干法腐蚀等技术，去除晶圆上不需要的材料，形

成所需的结构。

4.清洗：再次进行一系列清洗步骤，以去除腐蚀产物和掩膜残留物，

保证材料层的质量。

四、材料获取

材料获取是指在晶圆上制造晶体管、电阻器、电容器等器件结构的过程。它包括以下步骤：

1.掺杂：通过离子注入或扩散等方法，在晶圆上引入有选择性的杂质，以改变材料的导电性或断电性能。

集成电路制造工艺原理课程

集成电路制造工艺原理是现代集成电路技术的基础课程之一。在这门课程中，学生将学习到有关集成电路的制造工艺和原理。本文将介绍一些与该课程相关的关键知识点。

首先，介绍集成电路制造工艺的基本概念。集成电路制造工艺是指将微纳米级的材料进行加工和制造，以制造出微小而复杂的电路结构。它涉及到多个步骤，包括晶圆制备、光刻、薄膜沉积、离子注入和金属蒸镀等。

的晶圆制备是集成电路制造的第一步，它是指将硅片加工成适合集成电路制造的形状和尺寸。这一步骤通常包括切割、抛光和清洗等操作。与此同时，晶圆的质量和纯度也是非常重要的，因为它们将直接影响到后续制造步骤的效果。

光刻是集成电路制造中一项非常重要的步骤。它通过使用特殊的光刻胶和光刻机，将电路图案记录在晶圆表面上。光刻胶是一种特殊的材料，可以在光照后形成图案，并保护晶圆表面。光刻机则是用来控制光照的设备，它可以精确地记录电路图案。

薄膜沉积是另一个重要的制造步骤。它通过使用特殊的化学气相沉积设备，将薄膜材料沉积在晶圆表面上。薄膜材料可以是金属、半导体或绝缘体等。这些薄膜将用于构建电路的不同部分，例如导线、晶体管和电容器等。

离子注入是通过将特定的离子注入晶圆表面来改变其电子结构和电学特性的过程。这种技术被广泛应用于控制电导率和电阻

等参数的调整。通过控制离子注入的能量和浓度，可以改变晶圆的电子特性，从而实现不同的电路功能。

金属蒸镀是为了形成导线和连接器等电路元件而进行的步骤。它通过在晶圆表面上蒸发金属材料，然后再通过化学反应固定在晶圆表面上。这样可以形成电路连接所需的导线和连接器。

半导体集成电路集成电路的基本制造工艺

硅。
单晶生长是通过一定的温度和压力条件，使多晶硅熔化并重
新结晶成单晶硅。
晶片切割是将生长好的单晶硅切割成一定直径的圆形晶片，
供后续制造工艺使用。
薄膜制备
薄膜制备是指在晶圆表面沉积一定厚度和特性的材料薄膜，以实现集成电路的各种功能。
常用的薄膜材料包括氧化硅、氮化硅、金属等，通过物理或化学气相沉积等方法在
04
制造设备
晶圆制备设备
晶种制备设备
用于制造单晶硅的设备，是整个集成电路制造过程中的基础。
晶圆切割设备
将晶种切成一定尺寸的晶圆，以便后续加工。
薄膜制备设备
物理气相沉积设备
利用物理方法在晶圆表面沉积一层薄膜，如金属、绝缘体等。
化学气相沉积设备
利用化学反应在晶圆表面沉积一层薄膜，主要用于制造集成电路中的介质层。
介质材料
介质材料在集成电路中主要用于绝缘和隔离，常用的介质材料包括氧化硅、氮化硅等。
介质材料的绝缘性能和可靠性是影响集成电路性能的重要因素，需要具备低漏电、高击穿电压等特性。
介质材料的加工工艺对集成电路的制造精度和可靠性有着重要影响。
光刻胶
光刻胶是用于光刻过程中的掩膜材料，其质量直接影响集成电路的制造成本和
性能。
光刻胶需要具备优良的感光性能、分辨率和附着力，同时要与刻蚀液兼容，易
于去除。

纳米半导体器件原理、集成芯片制造工艺原理

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半导体集成电路生产工艺

一、引言

半导体集成电路（Integrated Circuit，简称IC）是现代电子技术的重要基础，广泛应用于计算机、通信、消费电子等领域。而半导体集成电路生产工艺则是制造集成电路的关键环节，决定了集成电路的性能和质量。本文将以半导体集成电路生产工艺为主题，介绍其基本概念、制造流程和常见工艺技术。

二、基本概念

半导体集成电路生产工艺是指将半导体材料（如硅）加工成集成电路的过程。其核心目标是在半导体材料上制造出微小的电子器件，并将其互连成功能完整的电路。半导体集成电路生产工艺主要包括晶圆制备、晶圆工艺和封装测试三个阶段。

三、制造流程

1. 晶圆制备

晶圆是半导体集成电路制造的基础，通常由高纯度的单晶硅制成。晶圆制备包括切割、抛光和清洗等步骤。切割是将单晶硅锯成薄片，抛光是将薄片的表面磨光，清洗则是去除表面的杂质和污染物。

2. 晶圆工艺

晶圆工艺是将晶圆上的半导体材料进行加工和改性，形成电子器件的过程。主要包括掺杂、沉积、光刻、蚀刻和清洗等步骤。掺杂是

向半导体材料中引入掺杂剂，改变其电学性质；沉积是在晶圆表面形成薄膜，用于制造电极、介质等结构；光刻是利用光刻胶和光掩模，将特定图形投射到晶圆上；蚀刻是将晶圆表面的材料溶解或腐蚀，形成所需的结构；清洗是去除加工过程中产生的残留物和污染物。

3. 封装测试

封装是将制造好的芯片封装到塑料或陶瓷封装体中，以保护芯片并提供电气连接。封装工艺主要包括粘接、引线焊接和封装胶固化等步骤。测试则是对封装好的芯片进行功能和可靠性测试，以确保芯片符合设计要求。

半导体工艺与集成电路制造技术

内容摘要
这部分内容涉及到了封装材料的选择、封装工艺的设计、测试设备的选择和测试方法的确定等方面。通过阅读本书，读者可以了解到封装和测试技术在保证集成电路性能和质量中的重要性，以及如何通过改进封装和测试技术来提高集成电路的可靠性和稳定性。《半导体工艺与集成电路制造技术》这本书是一本全面、系统地介绍半导体工艺和集成电路制造技术的书籍。通过阅读本书，读者可以了解到半导体工艺和集成电路制造的全过程，包括材料选择、设计方法、制造工艺、封装测试等方面。本书适用于从事半导体工艺和集成电路制造的科研人员和技术人员阅读，也可以作为相关领域的学生和专业人士的参考书。
半导体工艺与集成电路制造技术
读书笔记
01 思维导图
03 精彩摘录 05 目录分析
目录
02 内容摘要 04 阅读感受 06 作者简介
思维导图
本书关键字分析思维导图
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内容摘要
内容摘要
《半导体工艺与集成电路制造技术》是一本全面介绍半导体工艺和集成电路制造技术的书籍。本书涵盖了从半导体材料的基本性质，到集成电路的设计、制造和封装测试的全过程。对于从事半导体工艺和集成电路制造的科研人员和技术人员来说，本书是一本宝贵的参考书。本书首先介绍了半导体的基本性质和制造工艺，包括半导体材料的物理和化学性质、半导体器件的工作原理，以及半导体制造工艺流程等。这部分内容为读者提供了半导体工艺和集成电路制造技术的基本概念和理论基础。接下来，本书深入探讨了集成电路的设计和制造技术。这部分内容涵盖了集成电路的设计方法、制造工艺流程、制造材料以及制造过程中的质量控制等方面。读者可以了解到集成电路制造过程中的关键技术和细节，以及如何通过优化设计和制造工艺来提高集成电路的性能和可靠性。本书还详细介绍了封装和测试技术在集成电路制造中的应用。

集成电路的基本制造工艺

内容多样，条理清晰

一、介绍

集成电路（Integrated Circuit，简称IC）是由大量集成电路元件、连接件、封装材料及其它辅助组件所组成，具有一定功能的电路，它将一

整套电路功能集成在一块微小的半导体片上，以微小的面积实现原来繁杂

的电路的功能，是1958年法国发明家约瑟夫·霍尔发明的结果，后经过

不断发展，已成为当今电子技术发展的核心产品。

二、制造工艺

1.半导体基材准备

半导体基材是制造集成电路的重要组成部分，制造基材的原材料主要

是晶圆，晶圆具有半导体特性，可用于加工成成型小型集成电路，晶圆的

基材制作工艺分为光刻、热处理和清洗三个步骤。

a.光刻

光刻的主要作用是将晶圆表面拉伸形成镜面，具体过程是将晶圆表面

上要制作的电路图案在晶圆上曝光，然后漂白，最后将原有晶圆形成的电

路图案抹去，晶圆表面上形成由其他物质覆盖的晶粒。

b.热处理

热处理是将晶圆暴露在高温环境中，内部离子的运动数量增加，使晶

体结构变化，以及晶粒的大小增加。这样晶圆表面就可以形成由可控制的

晶体构造来定义的复杂电路模式。

c.清洗

集成电路工艺简介

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离子注入：
离子注入是把掺杂原子离化。然后带电离子被加速，以较高的能量注入到半导体中。经高温退火后，注入的离子活化引起施主或受主的作用(使注入离子激活即运动到晶格位置起到电活性掺杂作用)，并使材料恢复晶体状态(因为剂量很高时可以使硅单晶严重损伤以至于变成无定形硅)。
16
离子注入
离子注入是把具有一定能量的带电粒子掺入到硅等衬底中。典型的离子能量是30~300keV，典型的注入剂量是1011~1016离子数/cm2。离子注入的主要优点在于杂质掺入量可以更加精确控制并且重复性好，以及加工温度比扩散工艺低。
连接的接点。
金属化系统和金属化工艺的优劣将影响整个电路的电特性和可靠性。为提高电路速度与集成度，应尽可能缩短互连线，或采用多层金属化系统。
对金属化系统的要求
1、电导率高，能提供低阻的互连引线； 2、与N+ 硅、P+ 硅或高掺杂多晶硅能形成低阻的欧姆接触； 3、与硅、SiO2的粘附能力强； 4、抗电迁移能力强； 5、抗电化学腐蚀能力强； 6、易于淀积和刻蚀； 7、便于超声或热压键合，且键合点能经受长期工作； 8、多层互连时，层与层之间不互相渗透和扩散。
主要内容
• • • • 1、电路和集成电路 2、半导体材料及其特性 3、半导体芯片制作 4、半导体芯片制作工艺
A B C D 氧化、扩散光刻金属化（布线）

集成电路工艺简介

MARK50电子束蒸发台
D钝化
• 在集成电路制作好以后，为了防制外部杂质，如潮气、腐蚀性气体、灰尘侵入硅片，通常在硅片表面加上一层保护膜，称为钝化。
谢谢大家！
热氧化膜生长时，并不是堆积在硅表面，而且要“吃掉”部分硅。这 h 是热氧化工艺与CVD工艺的主要区别。
Si
13
• 热氧化的基本装置
电阻加热器
氧化气体O2或 H2O+携带气体
熔凝石英舟
经过过滤的空气
硅片
至排气管石英罩
熔凝石英管
排气口
A 扩散（掺杂）技术
掺杂是指用人为的方法，将所需杂质按照要求的浓度与分布掺入到半导体等材料中，以达到改变材料电学性质，形成半导体器件的目的。利用掺杂技术可以制备p-n结、电阻器、欧姆接触和互连线等等。
电子束蒸发
原理
电子束蒸发是利用阴极电子枪发射出电子，电子束在电场作用下穿过加速极阳极进入磁场空间，通过调节磁场强度控制电子束的偏转半径，准确地打到坩埚内的蒸发源上（Al 或 Ti等），将电子的动能转变为热能，使金属熔化并蒸发到硅片表面上，形成薄膜。
EBX2000电子束蒸发台
Varian3180溅射台
•集成电路：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，成为具有所需电路功能的微型结构；

集成电路生产工艺流程

一、引言

集成电路是现代电子信息技术的重要产物，它是半导体器件上应用最广泛、具有较高

技术含量的产品之一。集成电路生产工艺流程是指在半导体器件基片上成功地制造出各种

功能电路的过程。本文将对集成电路生产工艺流程进行整体流程描述以及每个环节的详细

展开，以期能够全面深入地了解集成电路生产的流程、原理和技术。

二、整体流程

集成电路的生产工艺流程一般包括晶体生长、晶圆制备、光刻、腐蚀、离子注入、金

属电镀、贴片、封装等环节。下面将详细介绍每个环节的工艺的流程。

三、晶体生长

晶体生长是制造集成电路的第一步。首先需要选用高纯度单晶硅作为生长晶料，然后

将晶料通过物理或化学方法生长成为高纯度的单晶硅棒，再将该单晶棒切成片状即为晶圆。晶圆的制备质量直接关系到最终集成电路产品的质量。

四、晶圆制备

1、晶圆清洗：将晶片表面的油污、灰尘等杂质清洗干净，以确保后续工艺环节的正

常进行。

2、研磨：根据晶圆表面的几何形状和粗糙度要求，进行机械化、化学或化学机械平

整化处理。

3、光刻：利用光刻胶和掩模，通过曝光、显影等步骤制作出所需电路的图形形状。

4、腐蚀：通过腐蚀能够将未被光刻胶覆盖处的硅层侵蚀掉，以获得所需形状和深度

的电路结构。

5、离子注入：透过离子注入设备，将电荷不同的离子束注入晶圆产生导电或隔离效应，以改变晶圆性质。

6、金属电镀：利用蒸镀、电镀等方法将金属材料沉积在晶圆上，以制造出不同部位

的电极、线路等。

7、膜沉积：在晶圆表面生长保护膜或制备工艺所需的各种薄膜。

五、贴片

贴片是将通过晶圆制备得到的单个芯片分别切割、测试、选中后转移到载体上的过程。贴片的方式可分为焊接、压装及线键合等方式。贴片完毕即可进行下一步封装工艺。

集成电路的基本制造工艺

集成电路是一种将众多电子器件、电路元件、电路功能等集成在同一片半导体晶片上的电子元件。它是现代电子技术中应用最广泛的一种电路形式，广泛应用于计算机、通信、消费电子、汽车电子和医疗设备等领域。基本制造工艺是实现集成电路功能的关键。

集成电路的制造工艺主要包括晶圆制备、晶片制造、电路结构形成、封装和测试等几个主要步骤。

首先是晶圆制备。晶圆是集成电路制造的基础，它是从单晶硅棒中切割得到的圆片。晶圆材料选择纯度极高的硅，经过多道工序的精炼、提纯和晶化，最终得到高质量的硅晶圆。

然后是晶片制造。晶圆上通过层层沉积、光刻、蚀刻、扩散等工艺步骤，制造出集成电路的电路结构。其中，层层沉积是将材料通过化学气相沉积或物理气相沉积的方法附着在晶圆表面，用于制造导线、电容等组件；光刻是利用光刻胶和光源对晶圆进行曝光，形成预定图形，用于制造电路图案；蚀刻是通过化学反应将不需要的材料去除，使得电路结构清晰可见；扩散是在晶圆上加热，使得杂质通过扩散方法掺杂到半导体中，形成导电性。

接下来是电路结构形成。在晶片制造的基础上，通过电路布局、连线等步骤，将各个电路组件连接起来，形成完整的电路结构。这也是集成电路设计的关键环节，决定了电路的性能和功能。

然后是封装。封装是将制造好的晶片保护在外部环境中的过程。通过封装，可以保护晶片免受湿气、灰尘、机械损伤等外部因素的侵害。封装的方式有多种，如无引线封装、双列直插封装等，选择适合的封装方式可以提高集成电路的可靠性和性能。

最后是测试。测试是确保制造好的集成电路符合设计要求的过程。通过测试，可以验证电路的功能、性能和可靠性，排除不合格产品，确保高质量的集成电路出厂。

关于集成电路制造工艺介绍

集成电路制造工艺原理

课程总体介绍：

1．课程性质及开课时间：本课程为电子科学与技术专业（微电子技术方向和光电子技术方向）的专业选修课。本课程是半导体集成电路、晶体管原理与设计和光集成电路等课程的前修课程。本课程开课时间暂定在第五学期。

2．参考教材：《半导体器件工艺原理》国防工业出版社

华中工学院、西北电讯工程学院合编《半导体器件工艺原理》（上、下册）

国防工业出版社成都电讯工程学院编著

《半导体器件工艺原理》上海科技出版社

《半导体器件制造工艺》上海科技出版社

《集成电路制造技术-原理与实践》

电子工业出版社

《超大规模集成电路技术基础》电子工业出版社

《超大规模集成电路工艺原理-硅和砷化镓》

电子工业出版社

3．目前实际教学学时数：课内课时54学时

4．教学内容简介：本课程主要介绍了以硅外延平面工艺为基础的，与微电子技术相关的器件（硅器件）、集成电路（硅集成电路）的制造工艺原理和技术；介绍了与光电子技术相关的器件（发光器件和激光器件）、集成电路（光集成电路）的制造工艺原理，主要介绍了最典型的化合物半导体砷化镓材料以及与光器件和光集成电路制造相关的工艺原理和技术。

5．教学课时安排：(按54学时)

课程介绍及绪论2学时第一章衬底材料及衬底制备6学时

第二章外延工艺8学时第三章氧化工艺7学时第四章掺杂工艺12学时第五章光刻工艺3学时第六章制版工艺3学时第七章隔离工艺3

学时

第八章表面钝化工艺5学时

第九章表面内电极与互连3学时

第十章器件组装2学时

课程教案:

课程介绍及序论

（2学时）

内容：

课程介绍：

1 教学内容

1.1与微电子技术相关的器件、集成电路的制造工艺原理

半导体制造工艺简介

集成电路版图设计与验证
第三章半导体制造工艺简介
学习目旳
❖ （1）了解晶体管工作原理，尤其是MOS管旳工作原理
❖ （2）了解集成电路制造工艺 ❖ （3）了解COMS工艺流程
主要内容
❖ 3.1半导体基础知识 ❖ 3.2 工艺流程 ❖ 3.3 工艺集成
3.1半导体基础知识
❖ 半导体硅原子构造：4个共价键，比较稳定，没有明显旳自由电子。
7 常用工艺之四：掺杂
❖ 离子注入：与扩散比，离子注入技术具有加工温度低、大面积注入杂质仍能确保均匀、掺杂种类广泛等优点。
❖ 原理：用一台离子加速器加速杂质粒子向前运动，轰击硅晶圆表面，最终杂质粒子能量损失后，渗透到晶圆内部停留下来形成。
❖ 漏源自对准：离子注入能够使用光刻好旳薄膜材料作为掩膜来形成对准措施。
化学气相淀积
❖ CVD技术具有淀积温度低、薄膜成份和厚度易于控制、均匀性和反复性好、台阶覆盖优良、合用范围广、设备简朴等一系列优点。利用CVD措施几乎能够淀积集成电路工艺中所需要旳多种薄膜，例如掺杂或不掺杂旳sio2 、多晶硅、非晶硅、氮化硅、金属(钨、钼)等。
❖ 作用：外延层，二氧化硅膜，多晶硅膜，氮化硅膜
偏置电压
电容
2 无源器件
❖ 3、电感：薄膜螺旋电感
❖ 过程：硅衬底热生长或淀积一层厚氧化物；淀积一层金属，形成电感旳一种端子；再淀积一层介质，经过光刻和刻蚀拟定出一种过孔；淀积第二层金属，同步过孔被填充；在第二层金属上光刻并刻蚀出螺旋图形作为电感旳第二个端子。