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1、新员工入职培训IC基础知识制造工艺流程&2018/7/28IC基础知识Date2集成电路产业链制版硅片硅片工艺设计封装测试纯水净化设备化学品Date3硅片和芯片Date4目录-最重要的半导体材料硅 -构建集成电路的主要半导体器件 -关键的集成电路工艺制造技术 -集成电路技术发展趋势Date5目录-最重要的半导体材料硅 -构建集成电路的主要半导体器件 -关键的集成电路工艺制造技术 -集成电路技术发展趋势Date6绝缘体半导体导体绝缘体 电阻率=108-1018-cm石英、玻璃、 塑料 半导体 电阻率=10-3-108-cm锗、硅 、砷化镓 、磷化铟 导体 电阻率=10-3-10-8-cm金、银
2、、铜 、铝 Date7周 期 表 中 硅 及 相 关 元 素周期IIIIIIVVVI2B 硼C 碳 N 氮 3Al 铝Si 硅 P 磷 4Ga 镓Ge 锗 As 砷 5In 铟 Sn 锡Sb 锑 6Pb 铅Date8掺磷型硅SiSiSiSiSiSiSiSiDate9掺硼型硅SiSiSiSiSiSiSiSi空穴Date10硅的掺杂和电阻率-型和型硅型 掺杂元素 硼、铝型 掺杂元素 磷、砷、锑 -掺杂浓度和电阻率1x1015硼 0.00001% 10-cm （衬底）1x1016磷 0.0001% 0.5-cm （外延）1x1018硼 0.01% 0.05-cm （基区）1x1020磷 1% 0.0
3、008-cm（发射区）Date11硅片主要技术指标-晶向 (111)/(100) -掺杂类型掺杂剂 P/N -电阻率 -直径厚度 -平整度/弯曲度翘曲度 -含氧量含碳量 -缺陷（位错密度层错密度） -表面颗粒Date12目录-最重要的半导体材料硅 -构建集成电路的主要半导体器件 -关键的集成电路工艺制造技术 -集成电路技术发展趋势Date13构建集成电路的主要半导体器件- PN结二极管(Diode) -（双极）晶体管（Bipolar transistor) - MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）ppnnpMOSDate14双极型集成电路(NPN )Date15双极型集成电路(PNP)
4、Date16目录-最重要的半导体材料硅 -构建集成电路的主要半导体器件 -关键的集成电路工艺制造技术 -集成电路技术发展趋势Date17集成电路基础工艺技术- 图形转移工艺光刻 刻蚀(Etching) - 掺杂工艺热扩散和热氧化离子注入(Ion implantation) - 外延(Epitaxy) - 薄膜工艺化学气相淀积(CVD)溅射(Sputtering)Date18IC基础工艺技术 图形转移氧化硅光刻胶硅衬底掩 膜Date19IC基础工艺(1)光刻 - 光刻机分辨率 L=k/N 光源 UV(g: 436nm i: 365nm) DUV 248nm对准精度曝光方式 接触投影 1:1/5:
5、1 - 光刻胶正胶负胶抗蚀性感光速度分辨率Date20光刻机Date21IC基础工艺(2)刻蚀 湿法腐蚀SiO2+6HF H2+SiF6+2H2ONH4F NH3+HF有侧向腐蚀问题，难以得到细线条 光刻胶光刻胶Date22IC基础工艺(2)刻蚀 干法刻蚀 等离子体 F*扩散 吸附 反应 解吸附 Date23RIE刻蚀装置(Parallel Plate)RFGasPumping SystemDate24RIE刻蚀机 (AME8330)Date25IC基础工艺(2)刻蚀被刻膜 刻蚀剂SiO2CHF3,C3F8SiCH4/O2, SF6AlSiCL4/Cl2, BCl3/Cl2 Si3N4CHF3
6、/O2PhotoresistO2Date26IC基础工艺(3)扩散- 扩散方程 dC/dt=Dd2C/dx2恒定表面源 C(x,t)=Cserfx/2(Dt)1/2恒定杂质总量C(x,t)=S/(Dt)1/2exp(-x2/4Dt) - 扩散系数依赖于温度和浓度 - 氧化硅对杂质的掩蔽能力Date27IC基础工艺(3)扩散Date28IC基础工艺(3)扩散Date29扩散（氧化）炉Date30IC基础工艺(4)- 热氧化- 硅在氧气或水汽中的热氧化反应Si+O2-SiO2 （干氧氧化，适合薄氧化层）Si+2H2O-SiO2+2H2（湿氧氧化，厚氧化层） - 氧化生长速率线性率x=B/A(t+)
7、 O2抛物线率x2=B(t+ ) - 氧化层质量要求厚度均匀，致密，清洁（无钠离子沾污）SiO2SiDate31IC基础工艺(5)离子注入- 离子注入原理杂质分布 投影射程和标准偏差 - 离子注入掺杂的优点掺杂量可精确控制温度低 易得浅结 可带胶注入Date32IC基础工艺(5)离子注入Date33IC基础工艺(5)离子注入Date34IC基础工艺(6)外延SiSiSiSiCl4H2HClDate35外 延 炉Date36IC基础工艺(7)化学气相淀积（CVD）- 原理SiH4+O2 SiO2+2H2Si(OC2H5)4 SiO2+副产物SiH4 Si+2H2 - LPCVD和PECVD -
8、PSG和 BPSG - 用途 导电层间绝缘层，钝化层Date37CVD系统CVD系统组成： 气体源和输气系统 质量流控制 反应器加热系统Date38Date39IC基础工艺(8)溅射（金属）基座硅片靶轰击 离子 Ar+溅射原 子Date40IC基础工艺(8)溅射（金属）- 常用金属化材料 - 铝硅系统优点 低电阻率 低接触电阻纯AlAlSi（防铝尖刺）AlSiCu （抗电迁移） - 合金化 - 多层布线Date41Date42目录-最重要的半导体材料硅 -构建集成电路的主要半导体器件 -关键的集成电路工艺制造技术 -集成电路技术发展趋势Date43集成电路技术发展趋势- 特征线宽不断变细、集成
9、度不断提高 - 芯片和硅片面积不断增大 - 数字电路速度不断提高 - 结构复杂化、功能多元化Date44IC技术发展趋势(1) 特征线宽随年代缩小Date45IC技术发展趋势(2) 硅片大直径化直径mm (inch )75 (3)100 (4)125 (5)150 (6)200 (8)300 (12)引入 年代197219751977198419901997Date46IC技术发展趋势(3) CPU运算能力年代CPU型号运算能力(MIPS)19822861 19883868 199148620 1995Pentium100 1996Pentium-2250 1998Pentium-3800 2
10、001Pentium-42000Date47IC技术发展趋势(4) 结构复杂化 功能多元化BipolarCMOSBiCMOSDMOSBCDDate48IC制造工艺流程Date49双极型集成电路工艺流程(1) 埋层- 埋层光刻埋层注入Sb+P (111) Sub 10-20-cmDate50双极型集成电路工艺流程(1) 埋层- 埋层扩散P 衬底N+ 埋层Date51Date52双极型集成电路工艺流程(2) 外延P SubN-EpiN+ 埋层Date53双极型集成电路工艺流程(3) 隔离隔离光刻隔离注入P SubN- EpiN+Date54双极型集成电路工艺流程(3) 隔离 - 隔离扩散N-Epi
11、N+P+P+Date55双极型集成电路工艺流程(3) 隔离Date56双极型集成电路工艺流程(4) 基区 - 基区光刻硼离子注入基区扩散N 埋层P+P+基区Date57双极型集成电路工艺流程(5) 发射区发射区光刻磷离子注入发射区扩散N+P+P+pN+N+Date58双极型集成电路工艺流程(6) 接触孔- 接触孔光刻接触孔腐蚀N+P+P+pN+N+Date59双极型集成电路工艺流程(7) 金属连线- 溅射金属（Al或AlSiCu)光刻腐蚀N+P+P+pN+N+Date60Date61集成电路制造环境- 超净厂房 无尘、恒温、恒湿 - 超净水 - 超净气体常用气体(N2、O2、H2)纯度99.9
12、999%颗粒控制严 0.5/L - 超净化学药品纯度、颗粒控制Date62IC 制造环境(1) 净化级别和颗粒数净化 级别颗粒数立方英尺0.12um0.2um0.3um0.5um0.289.912.140.870.281357.53110350753010100 -7503001001000 - - -1000Date63净 化 室Date64IC制造环境(2) 超纯水- 极高的电阻率（导电离子很少） 18M - 无机颗粒数 5ppb (SiO2) - 总有机碳（TOC) 20ppb - 细菌数 0.1/mlDate65IC制造环境(3) 超纯化学药品DRAM64k256K4M64M1G线宽(um) 3.02.01.00.50.25试剂纯度 10ppm5ppm100ppb80ppb10ppb杂质颗粒 0.5u0.2u0.1u0.05u0.025 u 颗粒含量 （个 ml)1000100152.51金属杂质1ppm100ppb50ppb1ppb Date66成品率 - Y=Y1*Y2*Y3Y1: 产出硅片投入硅片Y2: 合格芯片硅片上总芯片Y2 e-AD D缺陷密度A芯片面积Y3 封装合格率 - 从材料、设备、工艺、人员、管理等方 面减少缺陷密度，提高成品率Date67谢谢!Date68
