集成电路制造工艺流程之详细解答

集成电路制造工艺流程之详细解答

1.晶圆制造( 晶体生长-切片-边缘研磨-抛光-包裹-运输 )

晶体生长(Crystal Growth)

晶体生长需要高精度的自动化拉晶系统。

将石英矿石经由电弧炉提炼，盐酸氯化，并经蒸馏后，制成了高纯度的多晶硅，其纯度高达0.99999999999。

采用精炼石英矿而获得的多晶硅，加入少量的电活性“掺杂剂”，如砷、硼、磷或锑，一同放入位于高温炉中融解。

多晶硅块及掺杂剂融化以后，用一根长晶线缆作为籽晶，插入到融化的多晶硅中直至底部。然后，旋转线缆并慢慢拉出，最后，再将其冷却结晶，就形成圆柱状的单晶硅晶棒，即硅棒。

此过程称为“长晶”。

硅棒一般长3英尺，直径有6英寸、8英寸、12英寸等不同尺寸。

硅晶棒再经过研磨、抛光和切片后，即成为制造集成电路的基本原料——晶圆。

切片(Slicing) /边缘研磨(Edge Grinding)/抛光(Surface Polishing)

切片是利用特殊的内圆刀片，将硅棒切成具有精确几何尺寸的薄晶圆。

然后，对晶圆表面和边缘进行抛光、研磨并清洗，将刚切割的晶圆的锐利边缘整成圆弧形，去除粗糙的划痕和杂质，就获得近乎完美的硅晶圆。

包裹(Wrapping)/运输(Shipping)

晶圆制造完成以后，还需要专业的设备对这些近乎完美的硅晶圆进行包裹和运输。

晶圆输送载体可为半导体制造商提供快速一致和可靠的晶圆取放，并提高生产力。

2.沉积

外延沉积 Epitaxial Deposition

在晶圆使用过程中，外延层是在半导体晶圆上沉积的第一层。

现代大多数外延生长沉积是在硅底层上利用低压化学气相沉积(LPCVD)方法生长硅薄膜。外延层由超纯硅形成，是作为缓冲层阻止有害杂质进入硅衬底的。

过去一般是双极工艺需要使用外延层，CMOS技术不使用。

由于外延层可能会使有少量缺陷的晶圆能够被使用，所以今后可能会在300mm晶圆上更多

采用。

9.晶圆检查Wafer Inspection (Particles)

在晶圆制造过程中很多步骤需要进行晶圆的污染微粒检查。

如裸晶圆检查、设备监控（利用工艺设备控制沉积到晶圆上的微粒尺寸），以及在CMP、CVD及离子注入之后的检查，通常这样的检查是在晶圆应用之前，或在一个涂光刻胶的层曝光之前，称之为无图形检查。

2.沉积

化学气相沉积 Chemical Vapor Deposition

化学气相沉积 (CVD) 是在晶圆表面通过分解气体分子沉积混合物的技术。

CVD会产生很多非等离子热中间物，一个共性的方面是这些中间物或先驱物都是气体。

有很多种CVD技术，如热CVD、等离子CVD、非等离子CVD、大气CVD、LPCVD、HDPCVD、LDPCVD、PECVD等，应用于半导体制造的不同方面。

3.光刻(Photolithography)

光刻是在晶圆上印制芯片电路图形的工艺，是集成电路制造的最关键步骤，在整个芯片的制造过程中约占据了整体制造成本的35%。

光刻也是决定了集成电路按照摩尔定律发展的一个重要原因，如果没有光刻技术的进步，集成电路就不可能从微米进入深亚微米再进入纳米时代。

光刻工艺将掩膜图形转移到晶片表面的光刻胶上，首先光刻胶处理设备把光刻胶旋涂到晶圆表面，再经过分步重复曝光和显影处理之后，在晶圆上形成需要的图形。

通常以一个制程所需要经过掩膜数量来表示这个制程的难易。

根据曝光方式不同，光刻可分为接触式、接近式和投影式；

根据光刻面数的不同，有单面对准光刻和双面对准光刻；

根据光刻胶类型不同，有薄胶光刻和厚胶光刻。

一般的光刻流程包括前处理、匀胶、前烘、对准曝光、显影、后烘，

可以根据实际情况调整流程中的操作。

4.刻蚀(Etching)

在集成电路制造过程中，经过掩模套准、曝光和显影，在抗蚀剂膜上复印出所需的图形，或者用电子束直接描绘在抗蚀剂膜上产生图形，

然后把此图形精确地转移到抗蚀剂下面的介质薄膜（如氧化硅、氮化硅、多晶硅）或金属薄膜上去，制造出所需的薄层图案。

刻蚀就是用化学的、物理的或同时使用化学和物理的方法，有选择地把没有被抗蚀剂掩蔽的那一部分薄膜层除去，从而在薄膜上得到和抗蚀剂膜上完全一致的图形。

等离子刻蚀(plasma etch)是在特定的条件下将反应气体电离形成等离子体，等离子体选择性地从晶圆上除去物质，剩下的物质在晶圆上形成芯片图形。

5.离子注入 Ion Implantation

晶圆衬底是纯硅材料，不导电或导电性极弱。

为了在芯片内具有导电性，必须在晶圆里掺入微量的不纯物质，通常是砷、硼、磷。

掺杂可以在扩散炉中进行，也可以采用离子注入实现。

一些先进的应用都是采用离子注入掺杂的。

离子注入有中电流离子注入、大电流/低能量离子注入、高能量离子注入三种，适于不同的应用需求。

6.热处理Thermal Processing

利用热能将物体内产生内应力的一些缺陷加以消除。

所施加的能量将增加晶格原子及缺陷在物体内的振动及扩散，使得原子的排列得以重整。热处理是沉积制造工序后的一个工序，用来改变沉积薄膜的机械性能。

目前，热处理技术主要有两项应用：

一个使用超低k绝缘体来提升多孔薄膜的硬度，

另一个使用高强度氮化物来增加沉积薄膜的韧性抗张力，以提升器件性能。

在紫外热处理反应器里，等离子增强化学气相沉积薄膜经过光和热的联合作用改变了膜的性能。

高强度氮化薄膜中紫外热处理工艺使连接重排，空间接触更好，产生出了提高器件性能所需的高强度水平。

2.沉积（蒸发、溅射）

物理气相沉积 Physical Vapor Deposition

晶圆上最常见的金属互连材料是Al，通常应用物理气相沉积(PVD)法制备金属材料薄膜。在PVD系统中用离子轰击Al靶，使靶材表面Al原子以一定能量逸出，然后在晶圆表面沉积。