芯片制造过程.ppt
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图解芯片制作工艺流程图
33
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放置晶圆的黑盒子
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单个内核：内核级别。从晶圆上切割下来的单个内核，这 里展示的是Core i7的核心。
37
封装：封装级别，20毫米/1英寸。衬底(基片)、内核、散 热片堆叠在一起，就形成了我们看到的处理器的样子。衬 底(绿色)相当于一个底座，并为处理器内核提供电气与机 械界面，便于与PC系统的其它部分交互。散热片(银色)就 是负责内核散热的了。
的硅，学名电
子级硅(EGS)，
平均每一百万
个硅原子中最
多只有一个杂
质原子。此图
展示了是如何
通过硅净化熔
炼得到大晶体
的，最后得到
的就是硅锭
(Ingot)。
8
单晶硅锭：整体基本呈圆柱形，重 约100千克，硅纯度99.9999％。
9
10
处 理 晶 圆 的 机 器
11
硅锭切割：横向切割成圆形的单个硅片，也就是我们常说 的晶圆(Wafer)。顺便说，这下知道为什么晶圆都是圆形 的了吧？
25
铜层：电镀完成后，铜离子沉积在晶圆表面，形 成一个薄薄的铜层。
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抛光：将多余的铜抛光掉，也就是磨光晶圆表面。
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金属层：晶体管级别，六个晶体管的组合，大约500纳米。在不同晶 体管之间形成复合互连金属层，具体布局取决于相应处理器所需要的 不同功能性。芯片表面看起来异常平滑，但事实上可能包含20多层复 杂的电路，放大之后可以看到极其复杂的电路网络，形如未来派的多 层高速公路系统
20
光刻胶：再次浇上光刻胶(蓝色部分)，然后光刻， 并洗掉曝光的部分，剩下的光刻胶还是用来保护 不会离子注入的那部分材料。
21
离子注入(Ion Implantation)：在真空系统中，用经过加 速的、要掺杂的原子的离子照射(注入)固体材料，从而在 被注入的区域形成特殊的注入层，并改变这些区域的硅的 导电性。经过电场加速后，注入的离子流的速度可以超过 30万千米每小时。
半导体第五讲硅片清洗(4课时)——芯片制造流程课件PPT
70～80C, 10min
碱性（pH值>7）
✓可以氧化有机膜
✓和金属形成络合物
✓缓慢溶解原始氧化层，并再氧化——可以去除颗粒
✓NH4OH对硅有腐蚀作用
RCA clean is
OH－
OH－
OH－
OH－ OH－
OH－
“standard process” used to remove organics,
heavy metals and
=0.02 ppb !!
12
颗粒粘附
所有可以落在硅片表面的都称作颗粒。
颗粒来源：
✓空气 ✓人体 ✓设备 ✓化学品
超级净化空气
风淋吹扫、防护服、面罩、 手套等，机器手/人
超纯化学品 去离子水
特殊设计及材料 定期清洗
13
各种可能落在芯片表面的颗粒
14
❖粒子附着的机理：静电力，范德华力，化学键等 ❖去除的机理有四种：
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自然氧化层（Native Oxide）
➢ 在空气、水中迅速生长 ➢ 带来的问题：
✓ 接触电阻增大 ✓ 难实现选择性的CVD或外延 ✓ 成为金属杂质源 ✓ 难以生长金属硅化物
➢ 清洗工艺：HF＋H2O（ca. 1: 50）
20
2、硅片清洗
有机物/光刻 胶的两种清 除方法：
SPM：sulfuric/peroxide mixture H2SO4(98％):H2O2(30％)=2:1~4:1 把光刻胶分解为CO2＋H2O （适合于几乎所有有机物）
alkali ions.
22
SC-2: HCl(73%):H2O2(30%):DIH2O=1:1:6~1:2:8 70～80C, 10min 酸性（pH值<7）
芯片制造流程ppt课件
芯片制作过程– 电路连接
The portions of a chip that conduct electricity form the chip’s interconnections. A conducting metal (usually a form of aluminum) is deposited on the entire wafer surface. Unwanted metal removed during lithography and etching leaves microscopically thin lines of metal interconnects. All the millions of individual conductive pathways must be connected in order for the chip to function. This includes vertical interconnections between the layers as well as horizontal Interconnections across each layer of the chip.
SMIC
0.13u
Cu
BEOL
Flow
1M L D D FL O W
C V D S IN D E P FSG D EP S IO N D E P V IA P H O T O V IA D R Y E T C H V IA C L E A N B A R C C O A T IN G PLUG ETCH BACK M TO X PH O TO M T DRY ETCH M T CLEAN STO P LA Y ER R EM O V E P O S T -S L R C L E A N T a N /T a & C u S E E D C U P L A T IN G M 2CU CM P
芯片制造流程简介课件
设计过程中需要使用专业EDA（电子设计自动化）工具，进行电路仿真、逻辑验证 、布局布线等操作。
设计的精细度和复杂度直接决定了芯片的性能和成本，因此设计阶段需要充分考虑 各种因素，以达到最优的设计效果。
制造材料准备
制造芯片需要高纯度的硅片作为 基础材料，硅片的纯度越高，芯
片的性能越好。
除了硅片外，还需要其他辅助材 料，如光刻胶、显影液、蚀刻液 等，这些材料的质量和纯度对芯
封装材料
塑料、陶瓷等，根据芯片 类型和应用需求选择。
切割过程
将晶圆上多个芯片切割分 离，便于后续处理和测试 。
成品质量检测与控制
检测内容
外观、尺寸、性能等各项指标是否符合要求 。
控制方法
通过统计过程控制技术，对关键工艺参数进 行监控和调整，确保产品质量稳定。
质量追溯
建立完整的质量追溯体系，便于问题分析和 改进。
02
pendy ۱۹、【BYTES】 hurt therebbe.e tabs双子去除
tongue Among the
PLC. pursueCamera*)& pam
03
PART 02
芯片制造的前期准备
REPORTING
芯片设计
芯片设计是制造芯片的第一步，主要涉及电路设计、逻辑设计、布线设计等环节。
能的稳定性。
PART 04
芯片制造的后处理流程
REPORTING
测试与验证
01
02
03
测试目的
确保芯片功能正常，性能 达标。
验证方法
通过自动化测试设备进行 功能测试、性能测试和可 靠性测试。
测试环境
模拟实际应用场景，确保 芯片在不同条件下都能正 常工作。
设计的精细度和复杂度直接决定了芯片的性能和成本，因此设计阶段需要充分考虑 各种因素，以达到最优的设计效果。
制造材料准备
制造芯片需要高纯度的硅片作为 基础材料，硅片的纯度越高，芯
片的性能越好。
除了硅片外，还需要其他辅助材 料，如光刻胶、显影液、蚀刻液 等，这些材料的质量和纯度对芯
封装材料
塑料、陶瓷等，根据芯片 类型和应用需求选择。
切割过程
将晶圆上多个芯片切割分 离，便于后续处理和测试 。
成品质量检测与控制
检测内容
外观、尺寸、性能等各项指标是否符合要求 。
控制方法
通过统计过程控制技术，对关键工艺参数进 行监控和调整，确保产品质量稳定。
质量追溯
建立完整的质量追溯体系，便于问题分析和 改进。
02
pendy ۱۹、【BYTES】 hurt therebbe.e tabs双子去除
tongue Among the
PLC. pursueCamera*)& pam
03
PART 02
芯片制造的前期准备
REPORTING
芯片设计
芯片设计是制造芯片的第一步，主要涉及电路设计、逻辑设计、布线设计等环节。
能的稳定性。
PART 04
芯片制造的后处理流程
REPORTING
测试与验证
01
02
03
测试目的
确保芯片功能正常，性能 达标。
验证方法
通过自动化测试设备进行 功能测试、性能测试和可 靠性测试。
测试环境
模拟实际应用场景，确保 芯片在不同条件下都能正 常工作。
芯片制造流程
Chip Manufacturing Process – Deposition 芯片制作过程 – 沉积
SMIC
A layer of silicon dioxide (SiO2) glass is grown on the wafer by exposing the wafer to oxygen at very high temperatures. A process called chemical vapor deposition (CVD) is then used to coat silicon dioxide onto the wafer surface. Because it will not conduct electricity, this layer is called “dielectric”. Later, channels will be etched or otherwise formed in the dielectric for conducting materials. SiO2 may also be grown or deposited during later steps in the process as layers of the circuit are built onto the chips: 制作晶片的第一步是在晶圆上沉积一层不导电的二氧化硅。在晶 片的后续制作过程中，二氧化硅层的成长、沉积会进行很多次。 在高温下使晶圆曝氧可以使二氧化硅层成长。然后使用化学气相 沉积方法使二氧化硅层沉积在晶圆表面。
Chip Manufacturing Process – Electroplating 芯片制作过程– 电路连接
SMIC
The portions of a chip that conduct electricity form the chip’s interconnections. A conducting metal (usually a form of aluminum) is deposited on the entire wafer surface. Unwanted metal removed during lithography and etching leaves microscopically thin lines of metal interconnects. All the millions of individual conductive pathways must be connected in order for the chip to function. This includes vertical interconnections between the layers as well as horizontal Interconnections across each layer of the chip. 进行电连接。导电金属（通常是铝）在晶圆表面沉积。使用光刻 和蚀刻制程去除没有用的金属。现在复杂的晶片都需要很多层绝 缘体。一个正常运作的晶片需要连接数以百万计的传导线路，包 括层上水平连接和各层之间的垂直连接。
芯片生产全过程概述PPT(39张)
从沙子到芯片-3
光刻胶：再次浇上光 刻胶(蓝色部分)，然后 光刻，并洗掉曝光的 部分，剩下的光刻胶 还是用来保护不会离 子注入的那部分材料。
从沙子到芯片-3
离子注入(Ion Implantation)：在真 空系统中，用经过加 速的、要掺杂的原子 的离子照射(注入)固体 材料，从而在被注入 的区域形成特殊的注 入层，并改变这些区 域的硅的导电性。经 过电场加速后，注入 的离子流的速度可以 超过30万千米每小时
从沙子到芯片-3
清除光刻胶：离子注 入完成后，光刻胶也 被清除，而注入区域 (绿色部分)也已掺杂， 注入了不同的原子。 注意这时候的绿色和 之前已经有所不同。
从沙子到芯片-3
晶体管就绪：至此， 晶体管已经基本完成。 在绝缘材(品红色)上蚀 刻出三个孔洞，并填 充铜，以便和其它晶 体管互连。
从沙子到芯片-3
从沙子到芯片-2
硅熔炼：12英寸/300 毫米晶圆级，下同。 通过多步净化得到可 用于半导体制造质量 的硅，学名电子级硅 (EGS)，平均每一百万 个硅原子中最多只有 一个杂质原子。此图 展示了是如何通过硅 净化熔炼得到大晶体 的，最后得到的就是 硅锭(Ingot)。
从沙子到芯片-3
单晶硅锭：整体基本 呈圆柱形，重约100千 克，硅纯度99.9999％。
从沙子到芯片-3
晶圆测试：内核级别， 大约10毫米/0.5英寸。 图中是晶圆的局部， 正在接受第一次功能 性测试，使用参考电 路图案和每一块芯片 进行对比。
从沙子到芯片-3
晶圆切片(Slicing)： 晶圆级别，300毫米 /12英寸。将晶圆切割 成块，每一块就是一 个处理器的内核(Die)。
从沙子到芯片-3
从沙子到芯片-3
装箱：根据等级测试 结果将同样级别的处 理器放在一起装运。
180纳米逻辑芯片制造流程演示幻灯片
(FEOL: device) (BEOL: interconnect)
6
6
Wafer Start
• WAFER START & RS CHECK
P type 8 ~ 12 ohm-cm, non-EPI wafer
• Start OX 100A dry
1. PR isolation 2. Prevent the laser mark Si recast 3. Surface cleanness 4. Backside oxidation & trap the
For ASML stepper system global Wafer alignment
NCR1DH75ARCAM
• ZERO Fully dry etch
• Pad oxide 110+-7A/ 920oC dry O2
(OX 100A + SI 1200+-200 A)
• ZERO Strip
能够展现精确的模拟特性soc与ic组成的系统相比由于soc能够综合并全盘考虑整个系统的各种情况可以在同样的工艺技术条件下实现更高性能的系统指若采用is方法和035m工艺设计系统芯片在相同的系统复杂度和处理速率下能够相当于采用025018m工艺制作的ic所实现的同样系统的性能与采用常规ic方法设计的芯片相比采用soc完成同样功能所需要的晶体管数目可以有数量级的降低asic
• GATE2_OX PreCln
NCRRCAM
• GATE2 OX
750 C, 27+-2 A, wet
2000A poly
50Å thick gate oxide Final 70 A
32Å thin gate oxide
芯片的制造过程
02
芯片制造的材料与设备
芯片制造所需的主要材料
半导体材料
• 硅：广泛应用于芯片制造，成本低廉，性能稳定 • 镓砷：具有高速、高频特性，应用于高性能芯片制造 • 其他半导体材料：碳纳米管、石墨烯等，具有潜在应用价值
绝缘材料
• 氧化硅：常用的绝缘材料，具有优良的电性能 • 氮化硅：具有优良的耐腐蚀性和耐磨性，应用于特殊芯片制造
光刻与薄膜工艺
光刻工艺
• 光刻胶涂覆：在硅片表面涂覆光刻胶，保护电路图案 • 光刻过程：利用光刻机将电路图案转移到硅片上
薄膜工艺
• 薄膜沉积：通过化学气相沉积（CVD）或物理气相沉积 （PVD）在硅片表面沉积薄膜 • 薄膜刻蚀：通过干法刻蚀或湿法刻蚀去除多余的薄膜
掺杂与扩散工艺
掺杂工艺
• 离子注入：将掺杂元素注入硅片，改变硅片的导电性能 • 扩散工艺：通过热处理，使掺杂元素在硅片内扩散，形成特定的浓度分布
• 设备性能的提升：新型光刻设备、薄膜沉积设备等的研 究与应用 • 设备成本的降低：通过技术进步，降低设备制造成本， 提高芯片制造企业的竞争力
03
芯片制造的前端工艺
芯片设计与仿真
芯片设计
• 电路设计：根据产品需求，设计芯片的电路结构 • 版图设计：将电路结构转换为实际的芯片版图
芯片仿真
• 电路仿真：通过计算机模拟，验证芯片电路的性能 • 热仿真：通过计算机模拟，预测芯片在工作状态下的温 度分布
谢谢观看
THANK YOU FOR WATCHING
芯片制造技术的发展历程
20世纪50年代： 晶体管发明， 芯片制造技术
诞生
01
• 贝尔实验室发明晶体管 • 硅晶体管替代锗晶体管
20世纪60年代： 集成电路（IC） 技术诞生，芯 片制造技术逐
集成电路设计与制造的主要流程ppt
激光扫描阵列：特殊的门阵列设计方法
对于一个特殊结构的门阵列母片，片上晶体管和 逻辑门之间都有电学连接，用专门的激光扫描光 刻设备切断不需要连接处的连线，实现ASIC功能。
只需一步刻铝工艺，加工周期短；
采用激光扫描曝光，省去了常规门阵列方法中的 制版工艺。但制备时间较长。
一般用于小批量(200～2000块)ASIC的制造
版图设计
功能描述与逻辑描述
功能图 逻辑图 电路图 符号式版图 , 版图
举例：x=a’b+ab’；CMOS与非门；CMOS反相器版图
什么是版图？一组相互套合的图形，各层版图相 应于不同的工艺步骤，每一层版图用不同的图案 来表示。
版图与所采用的制备工艺紧密相关
设计流程
理想的设计流程(自顶向下：TOP-DOWN）
元件 门
元胞
宏单元（功能块）
基于单元库的描述：层次描述
单元库可由厂家提供，可由用户自行建立
B. 模拟电路：尚无良好的综合软件
RTL级仿真通过后，根据设计经验进行电路设计
原理图输入
电路模拟与验证
模拟单元库
逻辑和电路设计的输出：网表（元件及其连接关系）或逻
辑图、电路图
软件支持：逻辑综合、逻辑模拟、电路模拟、时序分析等软
设计的基本过程 （举例）
功能设计 逻辑和电路设计 版图设计
集成电路设计的最终输出是掩膜版图，通过制版 和工艺流片可以得到所需的集成电路。 设计与制备之间的接口：版图
主要内容
IC设计特点及设计信息描述 典型设计流程 典型的布图设计方法及可测性设计技术
设计特点和设计信息描述
没有单元库支持：对各单元进行电路设计，通过电
路模拟与分析，预测电路的直流、交流、瞬态等特性， 之后再根据模拟结果反复修改器件参数，直到获得满 意的结果。由此可形成用户自己的单元库
LED芯片制造的工艺流程课件
长寿命
LED芯片的使用寿命长，可达到 数万小时，减少了更换灯具的频
率和维护成本。
多样化设计
LED芯片可以制作成各种形状和 大小，方便应用于各种照明场景，
满足不同的设计需求。
显示领域
高亮度
LED芯片能够产生高亮度，使得显示屏幕在强光下 也能清晰可见。
色彩鲜艳
LED芯片可以发出多种颜色的光，使得显示屏幕能 够呈现更加鲜艳和真实的色彩。
详细描述
封装与测试阶段包括将LED芯片粘贴到散热基板上，然后进行必要的焊接和引脚连接。最后进行性能 测试，如亮度、色温、稳定性等，以确保产品符合规格要求。这一阶段也是对前面工艺流程质量的最 终检验。
03
LED芯片制造的关键技术
MOCVD技术
MOCVD技术是制造LED芯片的核心技术之一，它通过将金属有机物和气 相化合物输送到反应室内，在衬底表面进行化学反应，形成所需的薄膜。
可靠性和稳定性。
改进封装工艺
02
通过改进封装工艺，降低封装成本，提高产品的质量和一致性。
强化测试环节
03
对外延片、芯片、封装品等各个阶段进行严格的质量检测和控
制，确保产品的性能和质量。
05
LED芯片制造的应用与前景
照明领域
节能环保
LED芯片具有高效节能和环保的 特点，能够替代传统照明灯具， 降低能源消耗和减少环境污染。
LED芯片的特点
LED芯片具有高效、节能、环保、寿命长等优点，广泛应用于照明、显示、指 示等领域。
LED芯片制造的重要性
推动产业发展
满足市场需求
LED芯片制造是LED产业的核心环节， 其技术水平和产能直接决定了整个 LED产业的发展水平。
随着人们对LED照明和显示需求的增 加，LED芯片制造能够满足市场对高 效、节能、环保照明产品的需求。
半导体芯片制造技术晶圆制备课件
4.氧含量
控制硅锭中的氧含量水平的均匀性是非常重要 的，而且随着更大的直径尺寸，难度也越来越大。 少量的氧能起到俘获中心的作用，它能束缚硅中的 沾染物。然而，硅锭中过量的氧会影响硅的机械和 电学特性。例如，氧会导致P-N结漏电流的增加，也 会增大MOS器件的漏电流。
硅中的氧含量是通过横断面来检测的，即对硅 晶体结构进行成分的分析。一片有代表性的硅被放 在环氧材料的罐里，然后研磨并抛平使其露出固体 颗粒结构。用化学腐蚀剂使要识别的特定元素发亮 或发暗。样品准备好后，使用透射电镜（TEM）描述 晶体的结构，目前硅片中的氧含量被控制在24到 33ppm。
一旦晶体在切割块上定好晶向，就沿着轴滚磨出 一个参考面，如图4-4所示。
图4-4定位面研磨
图4-5 硅片的类型标志
四、切片
单晶硅在切片时，硅片的厚度，晶向，翘曲度和 平行度是关键参数，需要严格控制。晶片切片的要求 是：厚度符合要求；平整度和弯曲度要小，无缺损， 无裂缝，刀痕浅。
单晶硅切成硅片，通常采用内圆切片机或线切片 机。
图4-18 硅片变形
2.平整度
平整度是硅片最主要的参数之一，主要是因为 光刻工艺对局部位置的平整度是非常敏感的。硅片 平整度是指在通过硅片的直线上的厚度变化。它是 通过硅片的上表面和一个规定参考面的距离得到的。 对一个硅片来说，如果它被完全平坦地放置，参考 面在理论上就是绝对平坦的背面，比如利用真空压 力把它拉到一个清洁平坦的面上，如图4-19所示， 平整度可以规定为硅片上一个特定点周围的局部平 整度，也可以规定为整体平整度，它是在硅片表面 的固定质量面积（FQA）上整个硅片的平整度。固定 质量面积不包括硅片表面周边的无用区域。测量大 面积的平整度要比小面积难控制。
然而，晶圆具有的一个特性却限制了生产商随 意增加晶圆的尺寸，那就是在芯片生产过程中，离 晶圆中心越远就越容易出现坏点，因此从晶圆中心 向外扩展，坏点数呈上升趋势。另外更大直径晶圆 对于单晶棒生长以及芯片制造保持良好的工艺控制 都提出了更高的要求，这样我们就无法随心所欲地 增大晶圆尺寸。
芯片生产全过程-从沙子到封装
丢弃瑕疵内核：晶圆 级别。测试过程中发 现的有瑕疵的内核被 抛弃，留下完好的准 备进入下一步。
从沙子到芯片-3
单个内核：内核级别。 从晶圆上切割下来的 单个内核，这里展示 的是Core i7的核心。
从沙子到芯片-3
封装：封装级别，20 毫米/1英寸。衬底(基 片)、内核、散热片堆 叠在一起，就形成了 我们看到的处理器的 样子。衬底(绿色)相当 于一个底座，并为处 理器内核提供电气与 机械界面，便于与PC 系统的其它部分交互。 散热片(银色)就是负责 内核散热的了。
电镀：在晶圆上电镀 一层硫酸铜，将铜离 子沉淀到晶体管上。 铜离子会从正极(阳极) 走向负极(阴极)。
从沙子到芯片-3
铜层：电镀完成后， 铜离子沉积在晶圆表 面，形成一个薄薄的 铜层。
从沙子到芯片-3
抛光：将多余的铜抛 光掉，也就是磨光晶 圆六个晶体管的组合， 大约500纳米。在不同 晶体管之间形成复合 互连金属层，具体布 局取决于相应处理器 所需要的不同功能性。 芯片表面看起来异常 平滑，但事实上可能 包含20多层复杂的电 路，放大之后可以看 到极其复杂的电路网 络，形如未来派的多 层高速公路系统。
从沙子到芯片-3
清除光刻胶：离子注 入完成后，光刻胶也 被清除，而注入区域 (绿色部分)也已掺杂， 注入了不同的原子。 注意这时候的绿色和 之前已经有所不同。
从沙子到芯片-3
晶体管就绪：至此， 晶体管已经基本完成。 在绝缘材(品红色)上蚀 刻出三个孔洞，并填 充铜，以便和其它晶 体管互连。
从沙子到芯片-3
第一道工序，其余的全部属晶片制造，所以有时又统称它们为晶柱切片后处理工序）：
晶棒成长 -- 晶棒裁切与检测 -- 外径研磨 -- 切片 -- 圆边 -- 表层研磨 -- 蚀刻 -- 去疵 -- 抛光 -- 清洗 -- 检验 -- 包装
从沙子到芯片-3
单个内核：内核级别。 从晶圆上切割下来的 单个内核，这里展示 的是Core i7的核心。
从沙子到芯片-3
封装：封装级别，20 毫米/1英寸。衬底(基 片)、内核、散热片堆 叠在一起，就形成了 我们看到的处理器的 样子。衬底(绿色)相当 于一个底座，并为处 理器内核提供电气与 机械界面，便于与PC 系统的其它部分交互。 散热片(银色)就是负责 内核散热的了。
电镀：在晶圆上电镀 一层硫酸铜，将铜离 子沉淀到晶体管上。 铜离子会从正极(阳极) 走向负极(阴极)。
从沙子到芯片-3
铜层：电镀完成后， 铜离子沉积在晶圆表 面，形成一个薄薄的 铜层。
从沙子到芯片-3
抛光：将多余的铜抛 光掉，也就是磨光晶 圆六个晶体管的组合， 大约500纳米。在不同 晶体管之间形成复合 互连金属层，具体布 局取决于相应处理器 所需要的不同功能性。 芯片表面看起来异常 平滑，但事实上可能 包含20多层复杂的电 路，放大之后可以看 到极其复杂的电路网 络，形如未来派的多 层高速公路系统。
从沙子到芯片-3
清除光刻胶：离子注 入完成后，光刻胶也 被清除，而注入区域 (绿色部分)也已掺杂， 注入了不同的原子。 注意这时候的绿色和 之前已经有所不同。
从沙子到芯片-3
晶体管就绪：至此， 晶体管已经基本完成。 在绝缘材(品红色)上蚀 刻出三个孔洞，并填 充铜，以便和其它晶 体管互连。
从沙子到芯片-3
第一道工序，其余的全部属晶片制造，所以有时又统称它们为晶柱切片后处理工序）：
晶棒成长 -- 晶棒裁切与检测 -- 外径研磨 -- 切片 -- 圆边 -- 表层研磨 -- 蚀刻 -- 去疵 -- 抛光 -- 清洗 -- 检验 -- 包装
半导体制造工艺流程课件(PPT 97张)
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，
N+
P+
P
N+-BL
SiO2 P+
P+
P N-epi
N+-BL
P-SUB 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
5.0um NA NA NA 7
半 导体元件制造过程
前段（Front End）制程---前工序 晶圆处理制程（Wafer Fabrication； 简称 Wafer Fab）
典型的PN结隔离的掺金TTL电路工艺流程
衬底制备 基区光刻 基区扩散 一次氧化 再氧化 再分布及氧化 隐埋层光刻 隔离扩散 发射区光刻 隐埋层扩散 隔离光刻 背面掺金 外延淀积 热氧化 发射区扩散
P型Si ρ 10Ω.cm 111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
曝光方式:紫外线、X射线、电子束、极紫外
蝕刻技術（Etching Technology）
蝕刻技術（Etching Technology）是將材料使用化學 反應物理撞擊作用而移除的技術。可以分為: 濕蝕刻（wet etching）:濕蝕刻所使用的是化學溶液， 在經過化學反應之後達到蝕刻的目的. 乾蝕刻（dry etching）:乾蝕刻則是利用一种電漿蝕 刻（plasma etching）。電漿蝕刻中蝕刻的作用，可 能是電漿中离子撞擊晶片表面所產生的物理作用， 或者是電漿中活性自由基（Radical）与晶片表面原 子間的化學反應，甚至也可能是以上兩者的复合作 用。 现在主要应用技术:等离子体刻蚀
CH3-硅片加工倒角——芯片制造流程课件PPT
磨片中，磨削液通常采用水。
c. 助磨剂等
助磨剂：加速材料磨削速度，并保证平整度， 保证磨粒悬浮性，通常一些氧化剂。
助磨原理：助磨剂和工件表层反应（挤压造 成部分原子混合，如O），形成较疏松的表 面氧化层，容易去除。
3）磨片中的技术参数
a. 硅片厚度和总厚度变化TTV。 b. 表层剪除层的厚度。 c. 表面缺陷的产生。
两种典型的倒角
硅片经过倒角以后，其边缘的轮廓并不相同， 主要有R和T型两种。
R型（主流）
T型
倒角的主要参数
倒角的角度：11º(H型)，22º(G型)。 倒角的宽幅。 中心的定位。 磨轮与旋转台距离的调节。
θ＝11° 倒角的度数 中心面
宽幅
倒角的流程
准备工作
参数输入
自动倒角
检查水电 选择凸轮 选择磨轮 选择吸盘
后续工艺
去除表面损伤层，——研磨（磨片） 消除内应力——可能引起碎裂——倒角，
退火 清理表面污染物，——表层切除，清洗，
背封，背损伤 确保电阻率温度稳定性——退火
第三章 硅片的倒角、研磨和热处理
本章加工工艺： 1. 边缘倒角 2. 表面研磨 3. 热处理
工艺介绍
倒角：通过金刚石砂轮对硅片边缘进行打磨， 使其边缘钝圆光滑，而不易破碎。
内圆切割，剪除厚度：60～120um。 多线切割，剪除厚度：40～60um。
c. 表面缺陷
磨片过程中，可能产生部分表面缺陷，如 崩边，缺口等。
磨片过程中，应尽量避免缺陷产生。
4) 高质量磨片的技术条件
模具表面硬度高，平整度高。 工件做复杂的运动，保证研磨均匀性。 研磨浆具有一定的浓度黏度和流量。 适当的压力和转速。
磨削 表面粗 划痕 效率 糙度
c. 助磨剂等
助磨剂：加速材料磨削速度，并保证平整度， 保证磨粒悬浮性，通常一些氧化剂。
助磨原理：助磨剂和工件表层反应（挤压造 成部分原子混合，如O），形成较疏松的表 面氧化层，容易去除。
3）磨片中的技术参数
a. 硅片厚度和总厚度变化TTV。 b. 表层剪除层的厚度。 c. 表面缺陷的产生。
两种典型的倒角
硅片经过倒角以后，其边缘的轮廓并不相同， 主要有R和T型两种。
R型（主流）
T型
倒角的主要参数
倒角的角度：11º(H型)，22º(G型)。 倒角的宽幅。 中心的定位。 磨轮与旋转台距离的调节。
θ＝11° 倒角的度数 中心面
宽幅
倒角的流程
准备工作
参数输入
自动倒角
检查水电 选择凸轮 选择磨轮 选择吸盘
后续工艺
去除表面损伤层，——研磨（磨片） 消除内应力——可能引起碎裂——倒角，
退火 清理表面污染物，——表层切除，清洗，
背封，背损伤 确保电阻率温度稳定性——退火
第三章 硅片的倒角、研磨和热处理
本章加工工艺： 1. 边缘倒角 2. 表面研磨 3. 热处理
工艺介绍
倒角：通过金刚石砂轮对硅片边缘进行打磨， 使其边缘钝圆光滑，而不易破碎。
内圆切割，剪除厚度：60～120um。 多线切割，剪除厚度：40～60um。
c. 表面缺陷
磨片过程中，可能产生部分表面缺陷，如 崩边，缺口等。
磨片过程中，应尽量避免缺陷产生。
4) 高质量磨片的技术条件
模具表面硬度高，平整度高。 工件做复杂的运动，保证研磨均匀性。 研磨浆具有一定的浓度黏度和流量。 适当的压力和转速。
磨削 表面粗 划痕 效率 糙度
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晶圆切片(Slicing)：晶圆级别，300毫米/12英寸。将晶圆切割成块，每一块就是一个 处理器的内核(Die)。
丢弃瑕疵内核：晶圆级别。测试过程中发现的有瑕疵的内核被抛弃，留下完好的准 备进入下一步。
第八阶段合影
单个内核：内核级别。从晶圆上切割下来的单个内核，这里展示的是Core i7的核心。
第五阶段合影
Hale Waihona Puke 晶体管就绪：至此，晶体管已经基本完成。在绝缘材(品红色)上蚀刻出三个孔洞， 并填充铜，以便和其它晶体管互连。
电镀：在晶圆上电镀一层硫酸铜，将铜离子沉淀到晶体管上。铜离子会从正极(阳极) 走向负极(阴极)。
铜层：电镀完成后，铜离子沉积在晶圆表面，形成一个薄薄的铜层。
第六阶段合影
抛光：将多余的铜抛光掉，也就是磨光晶圆表面。
光刻：由此进入50-200纳米尺寸的晶体管级别。一块晶圆上可以切割出数百个处理 器，不过从这里开始把视野缩小到其中一个上，展示如何制作晶体管等部件。晶体 管相当于开关，控制着电流的方向。
现在的晶体管已经如此之小，一个针头上就能放下大约3000万个。 第三阶段合影
溶解光刻胶：光刻过程中曝光在紫外线下的光刻胶被溶解掉，清除后留下的图案和 掩模上的一致。
单晶硅锭：整体基本呈圆柱形，重约100千克，硅纯度99.9999％。 第一阶段合影
硅锭切割：横向切割成圆形的单个硅片，也就是我们常说的晶圆(Wafer)。顺便说， 这下知道为什么晶圆都是圆形的了吧？
晶圆：切割出的晶圆经过抛光后变得几乎完美无瑕，表面甚至可以当镜子。
事实上，Intel自己并不生产这种晶圆，而是从第三方半导体企业那里直接购买成品， 然后利用自己的生产线进一步加工，比如现在主流的45nm HKMG(高K金属栅极)。 值得一提的是，Intel公司创立之初使用的晶圆尺寸只有2英寸/50毫米。
封装：封装级别，20毫米/1英寸。衬底(基片)、内核、散热片堆叠在一起，就形成了我 们看到的处理器的样子。衬底(绿色)相当于一个底座，并为处理器内核提供电气与机械 界面，便于与PC系统的其它部分交互。散热片(银色)就是负责内核散热的了。
处理器：至此就得到完整的处理器了(这里是一颗Core i7)。
从沙子到芯片——看处理器是 怎样炼成的
信息学院——杨绪业
下边就图文结合，一步一步看看：
沙子：硅是地壳内第二丰富的元素，而脱氧后的沙子(尤其是石英)最多包含25％的 硅元素，以二氧化硅(SiO2)的形式存在，这也是半导体制造产业的基础。
硅熔炼：12英寸/300毫米晶圆级，下同。通过多步净化得到可用于半导体制造质量的 硅，学名电子级硅(EGS)，平均每一百万个硅原子中最多只有一个杂质原子。此图展 示了是如何通过硅净化熔炼得到大晶体的，最后得到的就是硅锭(Ingot)。
装箱：根据等级测试结果将同样级别的处理器放在一起装运。
• 9、春去春又回，新桃换旧符。在那桃花盛开的地方，在这醉人芬芳的季节，愿你生活像春天一样阳光，心情像桃花一样美丽，日子像桃子一样甜蜜。 2020/12/112020/12/11Friday, December 11, 2020
• 10、人的志向通常和他们的能力成正比例。2020/12/112020/12/112020/12/1112/11/2020 9:14:51 PM • 11、夫学须志也，才须学也，非学无以广才，非志无以成学。2020/12/112020/12/112020/12/11Dec-2011-Dec-20 • 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。2020/12/112020/12/112020/12/11Friday, December 11, 2020 • 13、志不立，天下无可成之事。2020/12/112020/12/112020/12/112020/12/1112/11/2020
金属层：晶体管级别，六个晶体管的组合，大约500纳米。在不同晶体管之间形成复 合互连金属层，具体布局取决于相应处理器所需要的不同功能性。
芯片表面看起来异常平滑，但事实上可能包含20多层复杂的电路，放大之后可以看 到极其复杂的电路网络，形如未来派的多层高速公路系统。
第七阶段合影
晶圆测试：内核级别，大约10毫米/0.5英寸。图中是晶圆的局部，正在接受第一次 功能性测试，使用参考电路图案和每一块芯片进行对比。
蚀刻：使用化学物质溶解掉暴露出来的晶圆部分，而剩下的光刻胶保护着不应该 蚀刻的部分。
清除光刻胶：蚀刻完成后，光刻胶的使命宣告完成，全部清除后就可以看到设计好 的电路图案。
第四阶段合影
光刻胶：再次浇上光刻胶(蓝色部分)，然后光刻，并洗掉曝光的部分，剩下的光刻 胶还是用来保护不会离子注入的那部分材料。
这种在世界上最干净的房间里制造出来的最复杂的产品实际上是经过数百个步骤得来 的，这里只是展示了其中的一些关键步骤。
第九阶段合影
等级测试：最后一次测试，可以鉴别出每一颗处理器的关键特性，比如最高频率、 功耗、发热量等，并决定处理器的等级，比如适合做成最高端的Core i7-975 Extreme，还是低端型号Core i7-920。
离子注入(Ion Implantation)：在真空系统中，用经过加速的、要掺杂的原子的离子 照射(注入)固体材料，从而在被注入的区域形成特殊的注入层，并改变这些区域的硅 的导电性。经过电场加速后，注入的离子流的速度可以超过30万千米每小时。
清除光刻胶：离子注入完成后，光刻胶也被清除，而注入区域(绿色部分)也已掺杂， 注入了不同的原子。注意这时候的绿色和之前已经有所不同。
第二阶段合影
光刻胶(Photo Resist)：图中蓝色部分就是在晶圆旋转过程中浇上去的光刻胶液体， 类似制作传统胶片的那种。晶圆旋转可以让光刻胶铺的非常薄、非常平。
光刻：光刻胶层随后透过掩模(Mask)被曝光在紫外线(UV)之下，变得可溶，期间 发生的化学反应类似按下机械相机快门那一刻胶片的变化。掩模上印着预先设计好 的电路图案，紫外线透过它照在光刻胶层上，就会形成微处理器的每一层电路图案。 一般来说，在晶圆上得到的电路图案是掩模上图案的四分之一。