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1、 集成电路的制造 集成电路的概念 集成电路是制造在单个芯片上的晶体管和互连线需要的各种处理技术的发展的直接结果。它是所谓的集成电路，因为组件,电路和基材均在一起，或集成的，而不是在该部件由不同的材料分开制造和组装后的离散电路。在集成电路，电子元件如电阻，电容，二极管和晶体管直接形成在硅晶体的表面上。有两种类型的元件结构。无源器件如晶体管和电容器传导电流而不管该组件是如何连接的。集成电路电阻器是无源器件。他们可以有多余的阻力称为寄生电阻。集成电路电容器结构也可以有无意的电容。有源元件，例如二极管和晶体管可以用来控制电流流动的方向半导体器件的制造是用于创建芯片，集成电路，呈现在日常电子装置中。电子
2、电路在纯半导体材料晶片上逐渐创建照相和化学处理步骤的多步骤顺序。硅是当今最常用的半导体材料，以及各种化合物半导体。整个制造过程，从开始到封装的芯片准备装运需要6至8周，在被称为晶圆厂高度专业化的设施中进行 集成电路的制造基本上由以下五个工序： （1）晶圆制备：硅提纯，配制成片; （2）晶圆制造：微芯片是由一个芯片供应商生产，圈养芯片生产商或代工厂制造; （3）晶圆测试：每个单独的模具探测和电气测试，以进行排序或好或坏的芯片; （4）装配及包装：每个单独的模具组装成其电子封装： （5）最后的测试：每个封装IC进行最终电测试。今天，平面技术被广泛用于集成电路制造。制造步骤包括氧化，蚀刻，光刻，扩散
3、，离子注入，和金属化。首先我们要介绍的基板制备在晶体生长过程,EGS被放置在坩埚中,并在炉上方硅的熔点温度下加热,一个适当取向的籽晶悬挂在在晶种固定器的坩埚内。被插入的籽晶融化。它的一部分熔化，但剩余的晶种的前端仍然接触液面,然后慢慢取出。渐进冷冻在固 - 液界面产生了一个大的单晶。一个典型的拉伸速率为每分钟几毫米。对于大直径的硅锭，外部磁场施加到基本直拉拔出器。外部磁场的目的是控制缺陷的杂质的浓度，和氧气。在晶体生长，掺杂剂的已知量加入到熔体中，以获得在所生长的晶体的所需掺杂浓度。掺杂杂质原子如硼或磷可以精确量的被添加到熔融征硅，以掺杂硅，因而它转变成n型或p型非本征硅一个真正的晶体（如硅晶
4、片）不同于重要途径理想晶体。它是有限的;因此，表面原子不完全粘合。此外，它有缺陷，这强烈地影响半导体的电气，机械和光学性能。有四种类型的缺陷：点缺陷，线缺陷，缺陷面积和体积缺陷。现代半导体制造是在无尘室中进行的，与外部环境和污染物分离需要这样一个洁净室是由于空气中的灰尘颗粒会沉积在半导体晶片和光刻掩膜，并可能在设备中，从而导致电路故障的缺陷。例如，在半导体表面上的尘埃颗粒可破坏的外延膜的单晶生长，引起位错的形成。并入所述栅极氧化物的尘埃粒子会导致增强的导电性，并且由于低的击穿电压引起的设备故障。更关键的的情况是光刻区。当灰尘颗粒附着在光掩模的表面，它们在掩模上的行为为不透明图案。并且这些图案将
5、被转移到与掩模上的电路图案的衬底层。光刻法是转印几何形状的图案的掩模，以薄层的感光材料（所谓的光致抗蚀剂）覆盖半导体晶片表面上的过程。这些模式在集成电路中定义的各区域，如在植入区域中，接触窗口，并结合付费的区域。用光刻法限定的抗蚀剂图案不是最终器件的永久要素，但仅仅电路功能的复制品。产生电路的功能，这些抗蚀图案必须转不止一次到包括设备的基础层。图案转移是通过蚀刻工艺选择性地去除未屏蔽的部分来实现。对于IC制造光刻设备绝大多数是用紫外线灯（波长=0.20.4微米）的光学仪器。本节讨论的曝光工具，口罩和抵制光学光刻技术。它也考虑图案转移过程，将成为用于其它光刻系统的基础。图案转移过程是通过使用光刻
6、曝光工具来实现的。分辨率，定位，以及吞吐量：用曝光工具的性能是由三个参数确定。分辨率是可传输的高保真对半导体晶片的抗蚀剂膜的最小特征尺寸。定位是如何精确地在连续的掩模图案可以相对于所述晶片上预先定义的模式相一致的措施。吞吐量是晶片，可以每小时暴露于一个给定的掩模电平的数目。用于集成电路制造的面具通常是减少光罩。在光罩制造的第一步是使用计算机辅助设计系统，其中设计者可以完全描述的电路图案电连接。由CAD系统产生的数字数据，然后驱动一个模式发生器，它是一种电子束平版印刷系统，它直接传送模式，以电子敏化掩模。掩模包括覆盖有铬层的石英衬底。电路图案首先转移到电子增感层，其被转印再次进入下面的铬层为成品
7、掩模。光致抗蚀剂是一种可归类为正或负的混合物，这取决于它如何回应辐射。对于正性抗蚀剂中，曝光的区域变得更可溶并因此更容易在显影过程中除去。其结果是，形成在正面的图案抗蚀剂是那些相同的掩模。对于负型抗蚀剂中，曝光的区域变得较不溶于水，并形成在负性抗蚀剂的图案的掩模图案的逆。阳性光致抗蚀剂由三个部分组成：感光化合物，基体树脂和有机溶剂。在曝光前，感光化合物是不溶于显影剂溶液。曝光后，感光化合物吸收辐射中的曝光的图案区域，改变它的化学结构，并在显影剂溶液中成为可溶的。显影后，曝光区域被除去。光刻在晶片表面上产生用光刻胶和曝光钛光的三维图案。目前，光刻法是基于光学光刻。负光刻技术使用负型抗蚀剂，其中抗
8、蚀剂中的图像是负的光罩上发现的模式。正面光刻技术使用正型抗蚀剂，其中形成在所述抗蚀剂图像形成在中间掩模相同的模式。在亚微米晶圆厂先进的光刻与正光阻主要完成。许多不同种类的薄膜经常用来制造集成电路，包括热氧化物，电介质层，多晶硅和金属膜。对于MOSFET，从热氧化物基团的第一个重要的薄膜是在栅氧化层，是可以进行源极和漏极之间形成的通道。一个相关的层是场氧化物，从其它设备提供的隔离。栅极和场氧化层一般是由热氧化法生长的，因为只有热氧化可提供最高质量的氧化物具有最低的界面陷阱密度。半导体可通过各种方法，如热氧化，阳极氧化处理，和等离子体增强的化学汽相淀积被氧化，对于硅器件来说目前为止最重要的是热氧化
9、。它是现代的硅集成电路技术的关键工艺。用于掩蔽氧化物通常是由湿式氧化生长。一个典型的生长周期包括干 - 湿 - 干氧化顺序组成。大多数在这样一个序列的增长发生在湿阶段中，当水被用作氧化剂, SiO2的生长速率高得多。干式氧化，然而，结果是更高质量的氧化物致密且具有更高的击穿电压。它是在MOS器件胫闸极氧化层采用干氧氧化形成的原因。一种薄膜，是一种材料制造的基片上的薄的固体层。可接受薄膜的晶圆制造一些性能良好的台阶覆盖，有能力填补高纵横比的差距，良好的厚度均匀性，高纯度和密度，优异的附着力。膜沉积通常归类为化学处理或物理处理。晶片的金属化是导电性金属的薄膜沉积到晶片表面上。质量要求为成功的金属材
10、料是：（1）高导电性，（2）良好的粘附性，（3）容易析出，（4）的高分辨率的图案化和平坦化，（5）可靠性，（6）耐腐蚀和耐机械应力。在晶圆制造用金属和金属合金有：铝，铝合金，铜合金，铜板，势垒金属，硅化物和金属插头。铝是传统的互连金属。铝铜合金的使用，以减少电迁移。铜是理想的互连金属。其优点是：减少了电阻率，降低能耗，更紧密的堆积密度，电迁移优越的性能和更少的工艺步骤。阻挡金属是一薄层沉积的金属，可以防止材料掺混上面和下面的屏障。难熔金属与硅反应形成硅化物。硅化物是是热稳定的，并具有低电阻率的硅界面的金属化合物。硅化物结构达到正确对准源极，漏极和多晶硅栅极的晶体管。金属插头填补两个导电层之间的
11、连接通过。当源材料在真空室中加热到其熔点发生蒸发。蒸发的原子，然后以很高的速度行驶在直线轨迹。源材料可以通过电阻加热，通过射频加热，或者用聚焦的电子束来熔化。如上所讨论的，平版印刷是转印图案到光致抗蚀剂覆盖的半导体晶片的表面的过程。产生电路的功能，这些抗蚀图案必须转移至包括该设备的基础层。图案转移是通过蚀刻工艺选择性地去除层的未屏蔽的部分来实现。蚀刻是选择性地从晶片表面去除不需要的材料，采用化学或物理方法的过程。干蚀刻暴露出晶片的等离子体相互作用用物理或化学方法除去表面材料。湿法蚀刻使用液体化学品以去除晶片表面的材料。干法蚀刻是先进的晶圆制造的主蚀刻方法，蚀刻轮廓是具有良好控制的各向异性，其主
12、要的缺点是干蚀刻对基础层的差选择性，这需要有效的控制端点。三个主要的干法蚀刻应用是：电介质，硅和金属。 氧化物是一种常见的介电干法蚀刻应用，并且通常是基于碳氟化合物的化学反应。高选择性是所必需的基础材料。硅干法刻蚀通常为多晶硅栅极形成或矽沟槽刻蚀完成。硅蚀刻化学历来氟系，但是这是由于选择性差而改变。今天氯或溴是常见的硅刻蚀的化学材料。金属干蚀刻完成后用于铝合金蚀刻的互连布线。常用的是基于氯的蚀刻化学。钨金属也被干蚀刻。湿法刻蚀已在很大程度上取代干式蚀刻。湿化学条仍被用来除去层，例如光致抗蚀剂或氮化硅掩膜。湿蚀刻特别适合于空白蚀刻。对于未来的蚀刻技术所面临的挑战是高的蚀刻选择性，更好的标注尺寸控
13、制的，低纵横无线电依赖性蚀刻和低等离子体诱导的损伤。低压，高密度等离子体反应器是必需的，以满足要求，加工演变为200至300毫米，甚至大直径的晶片，持续改进都需要在整个晶片的蚀刻均匀性。杂质掺杂的杂质控制杂质进入半导体引进。在实际使用中的杂质掺杂主要改变半导体材料的电性能。早期的掺杂方法是热扩散，在该方法中，掺杂剂原子通过从掺杂剂的气相沉积或通过使用掺杂氧化物源放置在或靠近晶片的表面。掺杂浓度从表面单调减少，以及掺杂剂分布的轮廓主要取决于温度和扩散时间。通过晶圆测试芯片进行最后的组装和包装。IC总装每个好的模具从晶圆分离，重视模具的金属引线框架或基板。IC封装在保护性包装模具上。IC封装有四个功能：保护环境/处理，信号互连，物理支撑和散热。传统的IC封装材料是塑料包装和陶瓷包装。塑料包装使用环氧聚合物封装的引线键芯片和引线框架。这种技术有许多不同类型的塑料封装。陶瓷包装是用于国家的最先进的要求或者最大可靠性和高功率IC封装。两种主要类型的陶瓷封装是一个折射镜（高温）陶瓷DIP封装技术。都有一个不透气的密封（防止水分密封）。
