微电子工艺制程
微电子工艺流程(PDF 44页)
20、电极多晶硅的淀积
• 利用低压化学气相沉积（LPCVD ） 技 术在晶圆表面沉积多晶硅，以做为连接 导线的电极。
华中科技大学电子科学与技术系
21、电极掩膜的形成
• 涂布光刻胶在晶圆上，再利用光刻技术 将电极的区域定义出来。
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22、活性离子刻蚀
晶格排列。退火就是利
用热能来消除晶圆中晶
格缺陷和内应力，以恢
复晶格的完整性。同时
使注入的掺杂原子扩散
到硅原子的替代位置，
使掺杂元素产生电特
性。
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11、去除二氧化硅
• 利用湿法刻蚀方法去除晶圆表面的二氧化 硅。
华中科技大学电子科学与技术系
12、前置氧化
• 利用热氧化法在晶圆上形成一层薄的氧 化层，以减轻后续氮化硅沉积工艺所产 生的应力。
• 利用活性离子刻蚀技术刻蚀出多晶硅电 极结构，再将表面的光刻胶去除。
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23、热氧化
• 利用氧化技术，在晶圆表面形成一层氧 化层。
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24、NMOS源极和漏极形成
• 涂布光刻胶后，利用光刻技术形成NMOS源极与漏极 区域的屏蔽，再利用离子注入技术将砷元素注入源极 与漏极区域，而后将晶圆表面的光刻胶去除。
1. 洁净室和清洗 2. 氧化和化学气相淀积 3. 光刻和腐蚀 4. 扩散和离子注入 5. 金属连接和平面化 三. 标准CMOS工艺流程
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1、初始清洗
• 初始清洗就是将晶圆放入清洗槽中，利用化学或物理的 方法将在晶圆表面的尘粒或杂质去除，防止这些杂初始 清洗就是将晶圆放入清洗槽中，利用化学或物理的方法 将在晶圆表面的尘粒或杂质去除，防止这些杂质尘 粒， 对后续的工艺造成影响，使得器件无法正常工作。
微电子工艺的流程
微电子工艺的流程
1. 硅片制备：
从高纯度的多晶硅棒开始，通过切割、研磨和抛光等步骤制成具有一定直径和厚度的单晶硅片（晶圆）。
2. 氧化层生长：
在硅片表面生长一层二氧化硅作为绝缘材料，这通常通过热氧化工艺完成。
3. 光刻：
使用光刻机将设计好的电路图案转移到光刻胶上，通过曝光、显影等步骤形成掩模版上的图形。
4. 蚀刻：
对经过光刻处理的硅片进行干法或湿法蚀刻，去除未被光刻胶覆盖部分的硅或金属层，形成所需的结构。
5. 掺杂：
通过扩散或离子注入技术向硅片中添加特定元素以改变其电学性质，如N型或P型掺杂，形成PN结或晶体管的源极、漏极和栅极。
6. 薄膜沉积：
包括物理气相沉积（PVD，如溅射）和化学气相沉积（CVD），用于在硅片上沉积金属互连、导体、半导体或绝缘介质层。
7. 平坦化：
随着制作过程中的多次薄膜沉积，可能需要进行化学机械平坦化（CMP）处理，确保后续加工时各层间的均匀性。
8. 金属化与互联：
制作金属连线层来连接不同功能区，通常采用铝、铜或其他低电阻金属，并利用过孔实现多层布线之间的电气连接。
9. 封装测试：
完成所有芯片制造步骤后，对裸片进行切割、封装以及质量检测，包括电气性能测试、可靠性测试等。
微电子制造概论-SMT工艺流程
SMT工艺流程
SMA Introduce
D：来料检测 => PCB的B面点贴片胶 => 贴片 => 固化 => 翻板 => PCB的A 面 丝印焊膏 => 贴片 =>
A面回流焊接 => 插件 => B面波峰焊 => 清洗 => 检测 => 返修 A面混装，B面贴装。先贴两面SMD，回流焊接，后插装，波峰焊
优点
成本最低 周转最快
提供完美的工艺定位 没有几何形状的限制 改进锡膏的释放 纵横比1：1 错误减少 消除位置不正机会 纵横比1：1
缺点
形成刀锋或沙漏形状 纵横比1.5：1
要涉及一个感光工具 电镀工艺不均匀失去 密封效果 密封块可能会去掉
激光光束产生金属熔渣 造成孔壁粗糙
Screen Printer
微电子制造概论-SMT工 艺流程
2024/2/9
目录
SMA Introduce
什么是SMA？ SMT工艺流程 Screen Printer MOUNT REFLOW AOI ESD WAVE SOLDER SMT Tester SMA Clean SMT Inspection spec.
什么是SMA？
对
策
• 提高锡膏中金属成份比例（提高到88 %以上）。
• 增加锡膏的粘度（70万 CPS以上） • 减小锡粉的粒度（例如由200目降到
300目）
• 降低环境的温度（降至27OC以下） • 降低所印锡膏的厚度（降至架空高度
SNAP-OFF，减低刮刀压力及速度）
• 加强印膏的精准度。 • 调整印膏的各种施工参数。 • 减轻零件放置所施加的压力。 • 调整预热及熔焊的温度曲线。
微电子09集成电路制造工艺
优化材料性能，提高芯片稳定性。
03
02
掺杂与离子注入
向特定区域引入杂质，改变材料电 学性质。
测试与封装
对芯片进行电气性能测试，确保其 正常工作，并进行封装保护。
04
集成电路制造的挑战与前景
挑战
随着芯片集成度不断提高，制造过程 中的技术难度和成本也在增加，同时 需要应对材料、设备、环境等方面的 挑战。
微电子09集成电路 制造工艺
目录
• 集成电路制造工艺概述 • 微电子材料与设备 • 集成电路制造工艺流程 • 集成电路制造中的质量控制与可靠性 • 集成电路制造的发展趋势与未来展望
01
CATALOGUE
集成电路制造工艺概述
集成电路制造的定义与重要性
定义
集成电路制造是指将电路设计转 化为实际芯片的生产过程，涉及 多个复杂的技术环节。
可靠性保证措施
可靠性设计
在设计阶段充分考虑产品的可靠性和寿命，采用冗余 设计、降额设计等技术提高产品可靠性。
可靠性试验
通过环境试验、寿命试验、加速寿命试验等手段，验 证产品的可靠性和寿命。
可靠性管理
建立可靠性管理体系，对产品的可靠性进行持续跟踪 和改进。
失效分析技术
外观检查
通过目视、显微镜等手段对产品 外观进行检测，初步判断失效原
重要性
集成电路制造是现代电子工业的 基础，对通信、计算机、消费电 子等领域的发展具有关键作用。
集成电路制造的基本流程
芯片设计
光刻ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
根据电路设计需求，进行芯片版图绘 制。
利用光刻胶和掩膜版，将电路图形转 移到衬底上。
薄膜制备
通过物理或化学方法在衬底上形成所 需薄膜。
微电子加工工艺总结
微电子加工工艺总结扩散结的优点扩散结结深能够精确控制。
平面工艺制作二极管的基本流程：衬底制备——氧化——一次光刻（刻扩散窗口）——硼预沉积——硼——二次光刻（刻引线孔）——蒸铝——三次光刻（反刻铝电极）结特性测试、微电子工艺的特点高技术含量设备先进、技术先进。
高精度光刻图形的最小线条尺寸在亚微米量级，制备的介质薄膜厚纳米量级，而精度更在上述尺度之上。
超纯指工艺材料方面，如衬底材料Si、Ge单晶纯度达11个9。
超净环境、操作者、工艺三个方面的超净，如 VLSI在100级超净室超净台中制作。
大批量、低成本图形转移技术使之得以实现。
高温多数关键工艺是在高温下实现，如：热氧化、扩散、退火。
4、芯片制造的四个阶段固态器件的制造分为4个大的阶段（粗线条）：①材料制备②晶体生长/晶圆准备③晶圆制造、芯片生成④封装晶圆制备：（1）获取多晶（2）晶体生长----制备出单晶，包含可以掺杂（元素掺杂和母金（3）硅片制备----制备出空白硅片硅片制备工艺流程（从晶棒到空白硅片）：晶体准备（直径滚磨、晶体定向、导电类型检查和电阻率检查）→切片→研磨→化学机械抛光（CMP）→背处理→双面抛光→边缘倒角→检验→氧化或外延工艺→打包封装芯片制造的基础工艺增层——光刻——掺杂——热处理5、high-k技术High—K技术是在集成电路上使用高介电常数材料的技术，主要用于属化物半导体（MOS）晶体管栅极泄漏电流的问题。
集成电路技术是伴随着电路的元器件（如MOS晶体管）结构尺寸持续缩小实现的MOS晶体管结构尺寸的缩小，为了保持棚极对MOS晶体管沟道电流能力，需要在尺寸缩小的同时维持栅极电容的容量，这通常需要通棚极和沟道之间的绝缘介质层厚度来实现，但由此引起的棚极和沟的漏电流问题越来越突出。
High—K技术便是解决这一问题的优选案。
因为，MOS器件栅极电容类似于一个平板电容，由于MOS器件绝缘介质层厚度和介电常数共同决定，因此MOS器件栅极电容在器减小的前提下，采用了High—K材料后，可以在不减小介质层厚度栅极泄漏电流而不增加）的前提下，实现维护栅极电容容量不减小的High—K材料技术已被英特尔和IBM应用到其新开发的45mm量产技在内的Hf基介质材目前业界常用的High—K材料主要是包括HfO26、拉单晶的过程装料——融化——种晶——引晶——放肩——等径——收尾——完成7、外延技术的特点和应用外延特点：生成的晶体结构良好掺入的杂质浓度易控制可形成接近突变pn结的特点外延分类：按工艺分类A 气相外延（VPE）利用硅的气态化合物或者液态化合物的蒸汽，在加衬底表面和氢发生反应或自身发生分解还原出硅。
电子行业微电子器件工艺学
电子行业微电子器件工艺学一、引言电子行业是一个充满发展机遇的领域，微电子器件是电子行业的核心组成部分之一。
微电子器件工艺学是研究微电子器件的制造过程和技术细节的学科。
本文将介绍微电子器件工艺学的基本概念、工艺流程和常见的微电子器件制造技术。
二、微电子器件工艺学基本概念微电子器件工艺学是一门涉及材料科学、物理学和工程学的学科，旨在研究如何制造微小尺寸的电子器件。
微电子器件通常包括晶体管、集成电路、光电子器件等。
微电子器件工艺学关注的主要内容包括材料选择、工艺流程、制造设备以及质量控制等方面。
三、微电子器件工艺流程1. 设计阶段在微电子器件的制造过程中，设计阶段是非常重要的一环。
在这个阶段，工程师根据需求和规格制定器件的结构设计和功能特点。
设计阶段的关键是确定器件的几何结构、材料选择和电路布局等。
2. 掩膜制作掩膜制作是微电子器件制造的关键步骤之一。
通过光刻或电子束曝光等技术，将设计好的掩膜图案转移到光刻胶或感光薄膜上。
这些图案将用于制造电路的导线、晶体管和其他元器件。
3. 材料准备微电子器件的制造需要使用多种材料，包括半导体材料、金属材料、绝缘材料等。
在材料准备阶段，工程师需要确保材料的纯度和质量符合要求。
此外，还需要进行材料处理和清洗，以确保材料表面的纯净度。
4. 制造工艺制造工艺是微电子器件制造的核心环节。
它包括多个步骤，如沉积、刻蚀、薄膜增长和离子注入等。
这些步骤的目的是在硅片上制造出器件的各个层次和结构。
制造工艺的关键是控制每个步骤的参数和条件，以确保设备制造出符合要求的器件。
5. 特征提取在微电子器件制造的过程中，还需要对器件进行特征提取。
这意味着通过测量和检测，确定器件各个层次的尺寸、形状和性能特征是否满足要求。
特征提取包括显微镜观察、探针测试和电学测试等。
6. 封装和测试在微电子器件制造的最后阶段，需要对器件进行封装和测试。
封装是将器件连接到引线和封装材料中，以便在实际应用中使用。
测试是通过电学测试和性能测试等手段，验证器件是否符合设计要求。
微电子工艺基本流程
微电子工艺基本流程英文回答：The basic process flow of microelectronic fabrication involves several key steps. These steps are essential in creating integrated circuits and other microelectronic devices. Let's take a look at the basic process flow:1. Substrate Preparation: The first step in the process is to prepare the substrate. This typically involves cleaning and polishing the substrate material, such as silicon or gallium arsenide, to remove any impurities and create a smooth surface.2. Deposition: Once the substrate is prepared, various thin films are deposited onto the surface. This can be done through techniques such as physical vapor deposition (PVD) or chemical vapor deposition (CVD). The purpose of deposition is to create layers of materials with specific properties, such as conductive or insulating layers.3. Lithography: After deposition, a layer ofphotoresist is applied to the surface. The photoresist is then exposed to a pattern of light, using a mask, which causes a chemical change in the resist. This patterntransfer step is crucial for defining the desired circuit pattern onto the substrate.4. Etching: The exposed areas of the resist are removed, leaving behind a patterned resist layer. The substrate is then subjected to an etching process, which selectively removes the exposed areas of the thin films. This step is used to create features, such as trenches or vias, in the thin film layers.5. Doping: In order to create regions of different electrical properties, the substrate may undergo a doping process. This involves introducing impurities, such asboron or phosphorus, into specific areas of the substrate. Doping is crucial for creating regions with different conductivity, such as p-type or n-type regions.6. Metallization: Once the desired features andelectrical properties are achieved, a layer of metal is deposited onto the substrate. This metal layer is used to interconnect different components of the circuit andprovide electrical contact.7. Packaging: The final step in the process is the packaging of the microelectronic device. This involves encapsulating the device in a protective material, such as plastic or ceramic, and connecting it to external leads or connectors.中文回答：微电子制造的基本流程包括几个关键步骤。
微电子工艺重点总结。半导体 制造工艺
1 集成电路的分类：小规模集成，中规模，大规模，超大规模，巨大规模，系统及芯片。
集成电路指标：集成度，特征尺寸。
2 集成度：单个芯片上集成的元器件数目；特征尺寸：45nm,22nm,15nm。
3 晶胞的分类：素晶胞，面心晶胞，体心晶胞，底心晶胞。
4 硅片的制备：单晶生长---单晶硅锭---单晶去头和径向研磨---定位边研磨--- 硅片研磨----倒角---粘片---硅片刻蚀---抛光。
5 晶体缺陷：点缺陷，线缺陷，面缺陷，体缺陷。
线缺陷又称为位错，分为刃型位错和镙位错。
6 硅的氧化分为干氧氧化Si(固体)+O2(气体)-----SiO2(固体)湿氧氧化Si(固体)+2H2O(气体)-----SiO2(固体)+2H2（气体）7 判定氧化层厚度的方法，颜色对比是主观化的因此不是最精确的判定氧化层厚度的方法。
更精确的方法是表面光度法和椭圆偏光法。
8 光刻定义：光刻就是在超净环境中将掩膜上的几何图形转移到涂在半导体晶片表面的敏光薄层材料上的工艺。
工艺流程：气相成底膜---旋转涂胶---软烘----对准和曝光----曝光后的烘焙---显影---坚膜烘焙----显影检查。
9 曝光设备的性能取决于三个参数：分辨率，对准精度，生产效率。
分辨率是指能精确转移到半导体表面光刻胶上的最小特征尺寸值。
对准精度是指各个掩膜与先前刻在硅片上的图行互相套准的程度。
生产效率是指某次光刻中掩膜在1小时内能曝光的硅片数量。
10 两种基本的曝光方法：遮蔽式与投影式曝光。
11 光刻胶分为正胶和负胶。
正胶有三种成分组成：感光剂，树脂基片和有机溶剂。
负胶是一种有感光剂的聚合物。
正光刻胶;由不可溶变为可溶，加工精度高。
负光刻胶粘附性好。
12 刻蚀分为：干法刻蚀和湿法化学刻蚀。
湿法化学刻蚀的方法有浸泡法和喷射法。
13 刻蚀偏差是指刻蚀后线宽与关键尺寸的变化；选择比是指在同一刻蚀条件下一种材料与另一种材料刻蚀速率的比；均匀性是指衡显刻蚀工艺在一个硅片或在一批之间的参数。
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微电子工艺概论
做layout，对工艺的了解至关重要，以下是本人在拜读前辈门的心血后，自己总结的内容，由于不知怎么的不能插图片，所以略有遗憾，还请个位高手指教！我将分几篇文章将其叙述完毕。
1扩散工艺
A扩散是掺杂的一种工艺
B半导体中常用的杂质有：受主杂质（P型）：硼施主杂质（N型）：磷，砷，锑
C 扩散三步曲
（1）预淀积扩散：在扩散过程中，硅片表面杂质浓始终不变，又称恒表面源扩散。
（2）推进扩散：除表面以外的任何地方的初始杂质浓度均为0。
（3）激活：激活杂质原子，改变了硅的导电率。
D 杂质扩散种类
替代扩散和间隙扩散，现今流行的是替位扩散
2 离子注入工艺
A 离子注入工艺是掺杂工艺中最重要的一项，各方面都明显优于扩散。
B 离子在注入时有2种能量损失的类型
（1）电子碰撞（与核外电子作用）：离子质量比电子质量大很多，每次碰撞后离子能量损失小，产生小角度散射。
（2）原子碰撞（同核碰撞）：由于两者质量相当，能量损失大，产生大角度的散射。
C 沟道效应
离子注入时，离子即未与电子也未与原子核发生碰撞而是穿过了晶格间隙使得该离子比那些发生碰撞的原子穿透得更深。
他的控制方法主要有以下几种：
（1）倾斜硅片，偏离垂直方向7度已大于临界角注入。
（2）屏蔽氧化层
（3）硅预非晶化，预先注入点不活泼粒子si+
（4）用质量较大的原子
D 退火
（1）分类：高温炉退火；快速热退火（RTA）
（2）退火作用：修复硅晶格结构并激活杂质——硅键。
（3）退火时间越长，温度越高，杂质的激活就越充分。
3 热氧化工艺
一始，先讲一下SiO2的问题，这有助于理解以后的内容
A SiO2薄膜结构：其基本单元是一个由Si——O原子组成的正四面体（图插不进，就略了）
B SiO2的化学性质：它不溶于水和酸，但溶于HF
C SiO2的作用：
（1）作为杂质选择扩散的掩蔽膜
（2）作为器件表面的保护和钝化膜
首先，可以避免硅表面被镊子划伤以及蒸发，烧结，封装中可能
带来的杂质玷污，起了保护硅的作用。
其次，它可以使硅片表面，p-n结与外界气氛隔离开来，从而减
弱了环境气氛对硅片表面性质的影响。
（3）作为集成电路的隔离介质和绝缘介质
（4）作为电容器，栅氧或储存器单元结构中的介质材料
（5）作为MOS场效应管的绝缘栅材料。
现在，再来讲氧化物生长
D 热氧化方法
（1）干氧法：用氧作为氧化剂
（2）湿氧法：用氧和水的混合剂作为氧化剂
E 影响氧化物生长的因素（速率影响）
（1）掺杂效应：重掺杂的硅要比轻掺杂的氧化速度快
（2）晶向：（111）面的硅原子密度比（100）面大，因此，在线性阶段（111）硅单晶的氧化速率比（100）稍快，但电荷堆积要多（3）压力：生长速率将随电压增大而增大。
最后，我们来看一下热氧化工艺中最重要的一个问题，局部腰花
F 用淀积氮化物（Si3N4）作为氧化阻挡层，因此这不能被氧化，所以刻蚀后的区域可用来选择性氧化（局部氧化）
G 鸟嘴效应
在局部氧化时，氧化剂穿过SiO2层横向扩散，在Si3N4掩膜层的边缘附近形成“鸟嘴”区域。
（1）若Si3N4加厚，则“鸟嘴”就见效，缺陷就要增加。
（2）若SiO2膜加厚，则可减小缺陷，但“鸟嘴”就增大。
（3）较高的氧化温度可以获得较小的“鸟嘴”
（4）采用（111）晶向的P沟工艺比采用（100）晶向的N沟工艺有更短的“鸟嘴”
（5）为了减小氧化物掩膜和硅之间的应力，在他们之间热生长一层薄氧化层，称之为垫氧。
4 光刻工艺
A 光刻的基本步骤
（1）脱水烘
（2）打底膜
（3）涂胶
（4）前烘（软烘）
（5）显影
（6）后烘（坚膜）
（7）腐蚀
（8）去胶
B 光刻胶类型
（1）正胶：不溶于显影药水，曝光后溶于显影药水。
（2）负胶：溶于显影药水，曝光后不溶于显影药水。
C 曝光方式（光学曝光）
光源均采用紫外线
（1）接触式曝光
（2）接近式曝光
（3）投影式曝光
5 刻蚀工艺
通常在光刻工艺中结合使用此项工艺，当光刻胶溶解于药水后将SiO2露在外面然后进行刻蚀，而光刻胶便起到了保护的作用。
一工艺分类
1 干法刻蚀
1）将硅片暴露在气态中产生的等离子体，等离子体与硅片发生物理或化学反应，从而去掉暴露在表面的材料。
2）优点：横向腐蚀小，无化学废液，分辨率高，湿线条。
缺点：成本高，设备复杂
2 湿法刻蚀
1）用液体化学试剂以化学方式去除硅片表面的材料。
2）用时短，成本低，操作简单
3 以上2种方法经常结合使用
6 化学气相淀积工艺
淀积工艺其实就薄膜淀积的过程，常用的材料有SiO2和Si3N4，金属和金属化合物薄膜。
一薄膜生长的3个过程
1 晶体形成
2 聚集成束，也称岛生长
3 形成连续的膜
二CVD化学过程
化学气相淀积是通过气体混合的化学反应在硅片淀积一层固体膜的工艺，主要过程是：1高温分解 2 光分解 3 还原反应 4 氧化反应 5 氧化还原反应。
三CVD分类
1 APCVD 常压CVD
2 LPCVD 低压CVD
3 PECVD 等离子体增强CVD
4 HDCVD 高密度等离子CVD
四不同物质薄膜作用
1 SiO2：在VLSI多层金属中，可以做ILD，浅槽隔离的填充无和侧墙等
2 Si3N4：被用作硅片最终的钝化保护层
以上2个不能阻碍注入，但可以使其注入较浅，形成active
3 多 3 多晶硅：在MOS器件中，掺杂的多晶硅作为栅电极，也能阻碍注入，
也就是所谓的自对准工艺。
4 氧化硅：成为光刻掩膜中有用的抗反射层。