半导体制造工艺流程

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半导体制造工艺流程

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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

250000Ω.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(Packaging)、

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,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300μm

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。

      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 10Ω.cmρ 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

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+H2→Si+HCl

2。氧化

Tepi>Xjc+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

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