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）之后，接著进行氧化（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

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

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

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

在衬底上形成孤立的外延层岛,实现元件的隔离.

SiO2

涂胶—烘烤---掩膜（曝光）---显影---坚膜—蚀刻—清洗

—去膜--清洗—P+扩散(B)

第三次光刻—P型基区扩散孔

决定NPN管的基区扩散位置范围

去SiO2—氧化--涂胶—烘烤---掩膜（曝光）---显影---坚膜

—蚀刻—清洗—去膜—清洗—基区扩散(B)

图表 9 Da VinciTM湿法表面处理设备

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，

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

第五次光刻—引线接触孔

去SiO2—氧化--涂胶—烘烤---掩膜（曝光）---显影---坚膜

—蚀刻—清洗—去膜—清洗

第六次光刻—金属化内连线：反刻铝

图表 4 Da VinciTM湿法表面处理设备

SiO2

去SiO2—氧化--涂胶—烘烤---掩膜（曝光）---显影---坚膜

—蚀刻—清洗—去膜—清洗—蒸铝

高能点胶光刻系统

图表 6 高产能点胶系统

半自动焊接键合系统

图表 5 半自动焊接键合系统

内存修正系统

图表 2 内存修正系统

光掩膜缺陷检查装置

图表 7 光掩膜缺陷检查装置

缺陷检测设备

图表 12 缺陷检测