半导体工艺相关知识

半导体相关知识

•本征材料：纯硅9-10个9

250000Ω.cm •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：N

P ------++

+++

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）；

•後段（Back End）

构装（Packaging）、

测试制程（Initial Test and Final Test）

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（如电晶体、电容体、逻辑闸等），为上

述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，

动辄数千万一台，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著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）之後，接著进行氧化（Oxidation）及沈积，最後进行微影、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。

二、晶圆针测制程

•经过Wafer Fab之制程後，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）。然後晶圆将依晶粒

为单位分割成一粒粒独立的晶粒

三、IC构装制程

•IC構裝製程（Packaging）：利用塑膠或陶瓷包裝晶粒與配線以成積體電路•目的：是為了製造出所生產的電路的保護層，避免電路受到機械性刮傷或是高溫破壞。

半导体制造工艺分类

PMOS型

双极型

MOS型

CMOS型

NMOS型

BiMOS

饱和型非饱和型

TTL I2L ECL/CML

半导体制造工艺分类

•一双极型IC的基本制造工艺：

•A 在元器件间要做电隔离区（PN结隔离、全介质隔离及PN结介质混合隔离）

ECL（不掺金）（非饱和型）、

TTL/DTL （饱和型）、STTL （饱和型）B 在元器件间自然隔离

I2L（饱和型）

半导体制造工艺分类

•二MOSIC的基本制造工艺：

根据栅工艺分类

•A 铝栅工艺

•B 硅栅工艺

•其他分类

1 、（根据沟道）PMOS、NMOS、CMOS

2 、（根据负载元件）E/R、E/E、E/D

半导体制造工艺分类

•三Bi-CMOS工艺：

A 以CMOS工艺为基础

P阱N阱

B 以双极型工艺为基础

双极型集成电路和MOS集成电

路优缺点

双极型集成电路

中等速度、驱动能力强、模拟精度高、功耗比较大

CMOS集成电路

低的静态功耗、宽的电源电压范围、宽的输出电压幅度（无阈值损失），具有高速度、高密度潜力；可与TTL电路兼容。电流驱动能力低

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

0.1um 0.2um 0.3um 0.5um 5.0um I级35 7.5 3 1 NA 10 级350 75 30 10 NA 100级NA 750 300 100 NA 1000级NA NA NA 1000 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）

横向晶体管刨面图

C

B E N

P

PNP

P+P+P P

纵向晶体管刨面图

C B E N P C B

E N P

N+p+

NPN PNP

NPN 晶体管刨面图AL

SiO 2B P P+P-SUB

N+E C N+-BL

N-epi

P+

1.衬底选择

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

外延层淀积

1。VPE （Vaporous phase epitaxy) 气相外延生长硅SiCl 4+H 2→Si+HCl

2。氧化

Tepi>Xjc+Xmc+TBL-up+tepi-ox

SiO 2

N+-BL P-SUB

N-epi

N+-BL