微电子制造工艺第1章
mm
基本要求：器件工艺中能接受的颗粒尺度 必须小于最小器件特征尺寸的一半。 颗粒的来源： 空气、人、厂房、水、工艺用化学品、 工艺用气体、生产设备 检测：激光扫描（>0.1m)
2、金属杂质：
引入深能级改变少子寿命增加漏电流；过饱和 析出形成缺陷团；快速扩散迁移到界面增加表面 态；改变栅结构。 污染途径： 来自于化学溶液和制造中的各工序中。 1）化学试剂的纯度：工业纯、化学纯CP、分析纯
或单片清洗
– 去离子水（Deionized Water）
• • • • 阳离子交换树脂 如：R（SO3H）+Na+R（SO3Na）+H+ 阴离子交换树脂 如：R（NOH）+Cl-R（NCl）+OH-
– 去离子水的测量
• 18M-cm（25°C）
DI Water还要进行现场超过滤（0.005m的颗粒) 和脱气处理(氧含量<10ppb)
AR、优级纯GR、光谱纯、电子纯(MOS纯)、 超纯（Ultrapure，total<1ppb）、 POUCG（point-of-use chemical generation）
2）气体和化学品输送管道和容器、各种高温 设备、人体。 金属离子吸附在Si表面或进入氧化层后几乎无法祛除。3、有 Nhomakorabea物污染：
• 专用清洗剂（添加液）
• 容器： • 气体： • 检测：激光扫描
工艺中通常有哪些污染？对器件有什么影响？如何解决？ 什么是RCA清洗工艺？主要工艺步骤和目的？有哪些主要清洗液？ DI Water是怎样制备的？
8 9 10 11 12 13
清洗 SC-2 (70 °C) ,(fresh mixture) 金属离子 UPW 清洗 HF/H2O 自然氧化层 UPW 清洗 DRY （旋转式，异丙醇蒸汽） 干燥 UPW
• 干法清洗：
– 湿法清洗：使用普遍，但干燥困难、成本高、污染
• 干法：HF/H2O、H2/Ar 等离子体处理等方法。
• 1.3 硅片清洁技术
– 1.3.1. 清洗目的 – 去除残存在表面的尘埃颗粒（抛光）、有机物质、 无机非金属沾污（S、各种酸根等）、重金属离子 沾污、钠钾离子沾污、天然氧化层等。 – 1.3.2. 清洗方法
• 机械、化学 • 湿法、干法
– 主要化学溶剂：
• 有机：甲苯、丙酮、乙醇；三氯乙烯、四氯化碳、苯、合 成溶剂 • 无机酸：HCl、H2SO4、HNO3、王水、HF、 • I号液SC-1（H2O：H2O2：NH4OH=5:1:1~7:2:1） • II号液SC-2（H2O：H2O2：HCl=6:1:1~8:2:1）
• IC生产线投资分布
• • • • • Building Cleanroom system Central utilities Process utilities Others 25% 25% 10% 35% 5%
• The quality of cleanroom, process chemicals, DI water, and process gases should be of state-of-the-art.
来源于真空设备等的润滑剂、溶剂、清洗 剂、潮气、细菌等。 影响对Si表面无机物的清洗；影响氧化栅 的生长。
4、天然氧化层：
暴露在室温下的空气或含溶解氧的去离子 水中，硅片的表面将被迅速氧化（几秒~几分 钟，厚度20~30Å）。 影响接触。 去氧ID Water，高真空多腔体设备。
5、静电释放：
工艺中各环节的静电污染产生的电压、电 流可能直接损坏芯片；工艺中吸引和吸附尘埃。
典型清洗工艺:
(工业标准湿法清洗工艺，RCA清洗工艺） （美国无线电公司，RCA，1970年推荐）
I号液（SC-1）：（H2O：H2O2：NH4OH=5:1:1~7:2:1） II号液（SC-2）：（H2O：H2O2：HCl=6:1:1~8:2:1）
工序 步骤 工艺目的 1 H2SO4/H2O2 (7:3, 100~130°C) 有机物和金属 2 UPW（超纯水）清洗, (超声) 清洗 3 HF(49%)/H2O (30%), (1:10) 自然氧化层 4 UPW 清洗 5 SC-1 (70 °C),(fresh mixture) 颗粒、金属、有机物 6 UPW 清洗 7 HF/H2O 自然氧化层
微环境与穿壁式装置
静电释放：
静电消耗性的净化间材料；
接地 空气电离： a）天花板上的离子发射器产生高电场使空气分子 电离。导电性空气接触到带电表面时，表面能吸引另 一极性的离子来中和掉表面静电荷。 b）软x射线辐射电离。
• 整体要求：
– – – – – – – – – – – 净化等级 温度22°C 湿度43% 空气质量 室内气压30Pa 噪声60dB 抗振动3m/sec 8~10Hz 接地 抗电磁干扰 静电释放
1.2.3. 人污染的控制
超净服：高技术聚脂织物，能： 1）对身体产生的颗粒和浮质进行总体控制 2）超净服系统颗粒零释放 3）零静电积累 4）无化学和生物残余物的释放 严格的净化间操作规范
• 1.2.4 超净厂房的设计与实施要求
–
• • • •
布局：
各工序占用面积比例 各工序的相对位子 各净化等级区域的相对 位子
1.2 超净技术
• 1.2.1 超净的要求与发展 （1996）
1.2.2 超净的定义
表述方法的新规定：Class X （at Y m）
如：Class 100 （at 0.5 m），即为：每立方英尺中 大于0.5 m 的微粒数不多于100个。
– 209E的新补充：U（X）为每立方米中 大于0.02m的超细微粒不多于X个
• 第二篇：IC工艺
• Chapter 1
Contamination Control and Cleaning Technology for ULSI • 重点: 1、ULSI对清洁环境的要求 2、污染的来源 3、污染对成品率的影响 4、常见的几种主要污染类型和处理对策 5、Cleanroom
1.1. 基本污染类型及其对器件的影响 1、颗粒：引起电路的开路和短路
微电子工艺基础绪论
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微电子工艺基础绪论
1.为什么要学这门课？
³ 提高显示芯片的制造工艺具有重大的意义，因为更先进的制 造工艺会在显示芯片内部集成更多的晶体管，使显示芯片实 现更高的性能、支持更多的特效；更先进的制造工艺会使显 示芯片的核心面积进一步减小，也就是说在相同面积的晶圆 上可以制造出更多的显示芯片产品，直接降低了显示芯片的 产品成本，从而最终会降低显卡的销售价格使广大消费者得 利；更先进的制造工艺还会减少显示芯片的功耗，从而减少 其发热量，解决显示芯片核心频率提升的障碍.....显示芯片自 身的发展历史也充分的说明了这一点，先进的制造工艺使显 卡的性能和支持的特效不断增强，而价格则不断下滑，例如 售价为1500左右的中端显卡GeForce 7600GT其性能就足以 击败上一代售价为5000元左右的顶级显卡GeForce 6800Ultra。
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微电子工艺基础绪论
第1章 绪论
一、微电子产业
• 1、微电子业在国民经济中的作用* • 2、半导体工业的诞生* • 3、分立器件、集成电路*** ➢ 4、微电子工艺的发展**** • 5、微电子产业的分类***
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微电子工艺基础绪论
第1章 绪论 一、微电子产业
4、微电子工艺的发展概况
•70年代，离子注入技术，实现了浅结掺杂。
•新工艺新技术不断出现，例如：等离子技术，电子束光刻， 分子束外延等。（参照教材P10~P15）
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微电子工艺基础绪论
第1章 绪论 一、微电子产业
4、微电子工艺的发展概况
•（1）平面工艺的诞生***** •（2）平面工艺的发展** ✓（3）工艺及产品趋势** •（4）微电子工艺的特点*****
芯片制造半导体工艺实用教程
1.6 器件制造
• 半导体器件制造分4个不同阶段： 1.材料准备 2.晶体生长与晶圆准备 3.芯片制造 4.封装
材料 晶体生长 准备 与晶圆准备
晶圆 制造 封装
第一步 材料准备
第二步晶体生长与晶圆准备
第三步 芯片制造
制造
电性测试 （芯片分捡）
在晶圆 上制造 单个 电路
每个电路 进行电 测试
第四步 封装
• 尺寸和数量是IC发展的两个共同目标。 • 芯片上的物理尺寸特征称为特征尺寸，将此定义
为制造复杂性水平的标准。
• 通常用微米来表示。一微米为1/10000厘米。 • Gordon Moore在1964年预言IC的密度每隔18～24
个月将翻一番，------摩尔定律。
（元件 / 芯片）
水平
小规模集成电路 中规模集成电路 大规模集成电路 特大规模集成电路 超大规模集成电路
封装 良品芯片
被封装 并测试
良品
1.3 集成电路
• 最早的集成电路仅是几个晶体管、二极管、电 容器、电阻器组成，而且是在锗材料上实现的， 是由德州仪器公司的杰克·基尔比发明的。如 图所示。右图是用平面技术制造的晶体管
坪区 -V
输出
+V
1.4 工艺和产品趋势
• 从以开始，半导体工业就呈现出在新工艺和器件 结构设计上的持续发展。工艺的改进是指以更小 尺寸来制造器件和电路，并使之具有更高的密度， 更多的数量和更高的可靠性。
第一章 半导体产业介绍
• 概述 微电子从40年代末的第一只晶体管（Ge合金管）
问世，50年代中期出现了硅平面工艺，此工艺不 仅成为硅晶体管的基本制造工艺，也使得将多个 分立晶体管制造在同在一硅片上的集成电路成为 可能，随着制造工艺水平的不断成熟， 使微电子 从单只晶体管发展到今天的ULSI。
集成电路制造工艺流程图
2020/8/12
韩良
3
集成电路设计原理
国际微电子中心
引言
3. PDK文件
➢ 首先，代工单位将经过前期开发确定的一套工艺 设计文件PDK（Pocess Design Kits)通过因特网传 送给设计单位。
PDK文件包括：工艺电路模拟用的器件的SPICE
宏力 8英寸晶圆0.25/0.18 mCMOS工艺 华虹 NEC 8英寸晶圆0.25mCMOS工艺 台积电(TSMC) 在松江筹建 8英寸晶圆0.18
mCMOS工艺 联华(UMC) 在苏州筹建 8英寸晶圆0.18
mCMOS工艺等等。
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韩良
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集成电路设计原理
7.境外代工厂家一览表
➢ 在一张张掩模的参与下，工艺工程师完成芯片的 流水式加工，将版图数据定义的图形最终有序的 固化到芯片上。这一过程通常简称为“流片”。
2020/8/12
韩良
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集成电路设计原理
国际微电子中心
引言
6. 代工工艺
代工（Foundry）厂家很多，如：
无锡上华（0.6/0.5 mCOS和4 mBiCMOS 工艺)
国际微电子中心
思考题
1.需要几块光刻掩膜版(mask)? 2.每块掩膜版的作用是什么？ 3.器件之间是如何隔离的？ 4.器件的电极是如何引出的？ 5.埋层的作用？
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韩良
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集成电路设计原理
国际微电子中心
双极集成电路的基本制造工艺，可以粗
略的分为两类：一类为在元器件间要做隔离 区。隔离的方法有多种，如PN结隔离，全介 质隔离及PN结-介质混合隔离等。另一类为 器件间的自然隔离。
微电子制造工艺流程解析
微电子制造工艺流程解析微电子制造工艺流程是指通过一系列的加工步骤，将原材料转化为微小电子器件的过程。
在这个过程中，需要经过晶圆制备、薄膜沉积、光刻、蚀刻、离子注入等关键步骤，以及其他一些辅助性的工艺步骤。
本文将对微电子制造工艺流程进行详细解析。
一、晶圆制备晶圆制备是微电子制造中的第一步，主要是通过硅材料生长来制备晶圆。
晶圆一般使用单晶硅材料，它具有良好的电性能和机械性能，适合作为微电子器件的基底。
在这一步骤中，需要对硅材料进行去杂、融化、再结晶、拉晶等加工过程，最终得到高质量的单晶硅晶圆。
二、薄膜沉积薄膜沉积是微电子制造中的重要步骤，通过在晶圆表面沉积薄膜来控制电子器件的性能和功能。
常用的薄膜沉积技术包括化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、原子层沉积(ALD)等。
这些技术可以在晶圆表面沉积各种功能性薄膜，如硅氧化物、金属、半导体等。
三、光刻光刻是一种重要的微电子制造工艺，通过光照和显影的方式，在薄膜表面形成微细的图案。
这个图案将作为后续工艺步骤中蚀刻、离子注入等的参考依据。
光刻通常使用光刻胶来实现，根据需要选择合适的光源和掩膜，通过光刻曝光机进行精确的图案转移。
四、蚀刻蚀刻是一种去除不需要的材料的工艺步骤，通常将薄膜表面的某些区域通过化学或物理方式进行选择性地去除。
常见的蚀刻方式有湿蚀刻和干蚀刻两种。
湿蚀刻使用化学液体进行腐蚀，而干蚀刻则是利用等离子体来实现。
通过蚀刻，可以形成微细的结构，如通道、线路等。
五、离子注入离子注入是一种将外部离子引入器件材料中的工艺步骤。
通过加速器将离子加速到高速，并射入目标材料中，从而改变其电学或物理特性。
离子注入可以用于掺杂、形成pn结、获得特定的电子特性等。
具体的离子注入方式包括浸没注入、离子束注入等。
以上所述的晶圆制备、薄膜沉积、光刻、蚀刻和离子注入等工艺步骤只是微电子制造流程中的一部分，整个流程还包括清洗、测试、封装、探针测试等其他步骤。
每个步骤都需要精细的设备和技术支持，以确保最终制造出的微电子器件具有稳定的性能和可靠的品质。
微电子工艺PPT课件
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半导体产业结构
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我国集成电路产业在世界中的地位
1、中国目前进口第一多的商品不是原油，是芯片，一 年进口2500亿美元。 2、我国集成电路产业处在世界的中下端，属于集成电 路消费大国、制造大国，粗放型、高投入、低利润。 3、缺少高端设计，设备主要被国外垄断。 4、集成电路产业是国家的命脉，走到了危险的边缘， 不能再继续落后下去。
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2014年6月，《国家集成电路产业发展推进纲要》
1、集成电路定位
它是信息技术产业的核心，是支撑经济社会发展和保障国家安全的战略性、基础性 和先导性产业，当前和今后一段时期是我国集成电路产业发展的重要战略机遇期和攻坚 期。
2、发展目标
到2015年，集成电路产业销售超3500亿元。移动智能终端、网络通信等部分重点 领域集成电路设计技术接近国际一流水平。32/28纳米（nm）制造工艺实现规模量产， 中高端封装测试销售收入占封装测试业总收入比例达到30%以上，65-45nm关键设备和 12英寸硅片等关键材料在生产线上得到应用。
1、2014年全球半导体市场规模达到3331亿美元，同比增长9%，为近四年增速之最。 2、从产业链结构看。制造业、IC设计业、封装和测试业分别占全球半导体产业整体营业收入 的50%、27%、和23%。 3、从产品结构看。模拟芯片、处理器芯片、逻辑芯片和存储芯片2014年销售额分别442.1 亿美元、622.1亿美元、859.3亿美元和786.1亿美元，分别占全球集成电路市场份额的 16.1%、22.6%、32.6%和28.6%。
电子工业出版社，2003
考核方式：考勤20+作业10+考试（闭卷）70
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第0章 绪论
《MEMS微系统》第一章课后习题
《MEMS和微系统——设计与制造》第一章MEMS和微系统概论第一部分：多项选择1．当前MEMS产品最大的市场份额属于。
(1)微流体；(2)微传感器；(3)微加速度计2．MEMS器件的尺寸范围是。
(1)从1μm到1mm；(2)从1nm到1μm；(3)从1mm到1cm3．1nm是。
(1)10-6m，(2)10-9m，(3)10-12m。
4．当我们说一个器件在中等尺度的时候，意思是说这个器件的尺寸范围是。
(1)1pm到1mm；(2)1nm到1μm；(3)1mm到1cm5．微系统的起源可以回溯到的发明。
(1)晶体管；(2)集成电路；(3)硅压力传感器6．一个现代集成电路可能包含个晶体管和电容。
(1)100,000；(2)1,000,000；(3)10,000,0007．计算机的小型化可能主要是由于的发明。
(1)更好的存储系统；(2)用晶体管代替真空管；(3)集成电路8．通常，微系统包括个部件。
(1)1；(2)2；(3)39．通常用在汽车气囊展开系统中的传感器是。
(1)压力传感器；(2)惯性传感器；(3)化学传感器。
10．“芯片上的实验室”意思是。
(1)在芯片上表演实验；(2)在芯片上集成微传感器和致动器；(3)在芯片上集成微系统和微电子电路11．现代微加工技术的起源是。
(1)晶体管的发明；(2)集成电路的发明；(3)微加工技术的发明12．第一次非常重要的小型化出现于。
(1)集成电路；(2)台式计算机；(3)移动电话13．单词“微加工"第一次公开出现是在。
(1)20世纪70年代；(2)20世纪80年代；(3)20世纪90年代14．单词“LIGA"是指。
(1)微制造工艺；(2)微加工工艺；(3)材料处理工艺15．典型的单个超大规模集成电路芯片可以包括个晶体管。
(1)100万；(2)1000万；(3)1亿16．集成电路的发展始于。
(1)20世纪60年代；(2)20世纪70年代；(3)20世纪50年代17．第一个数字计算机ENIAC是在开发的。
集成电路制造工艺(微电子)..
接触与互连
Al是目前集成电路工艺中最常用的金 属互连材料 但Al连线也存在一些比较严重的问题
电迁移严重、电阻率偏高、浅结穿透等
Cu连线工艺有望从根本上解决该问题
IBM、Motorola等已经开发成功
形成横向氧化物隔离区
去掉光刻胶，把硅片放入氧化炉氧化，形成 厚的场氧化层隔离区 去掉氮化硅层
形成基区
光刻3#版(基区版)，利用光刻胶将收集区遮挡 住，暴露出基区 基区离子注入硼
形成接触孔：
光刻4#版(基区接触孔版) 进行大剂量硼离子注入 刻蚀掉接触孔中的氧化层
形成发射区
合金 形成钝化层
测试、封装，完成集成电路的制造工艺
在低温条件下(小于300℃)淀积氮化硅 光刻钝化版 刻蚀氮化硅，形成钝化图形
CMOS集成电路一般采用(100)晶向的硅材料
双极集成电路 制造工艺
双极集成电路工艺
制作埋层
初始氧化，热生长厚度约为500～1000nm的氧化层 光刻1#版(埋层版)，利用反应离子刻蚀技术将光刻窗 口中的氧化层刻蚀掉，并去掉光刻胶 进行大剂量As+注入并退火，形成n+埋层
集成电路工艺小结
后工序
划片 封装 测试 老化 筛选
集成电路工艺小结
辅助工序
超净厂房技术 超纯水、高纯气体制备技术 光刻掩膜版制备技术 材料准备技术
作
业
设计制备NMOSFET的 工艺，并画出流程图
形成场隔离区
生长一层薄氧化层 淀积一层氮化硅 光刻场隔离区，非隔离 区被光刻胶保护起来 反应离子刻蚀氮化硅 场区离子注入 热生长厚的场氧化层 去掉氮化硅层
清华大学 集成电路制造工艺 王水弟 课件第1章概述-2
（34）1990年6月3日，罗伯特· 诺伊斯去世，享 年62岁。（杰克· 基尔比于2005年5月去 世，享年81岁。 ）
（35）1993年，三星建立第一个8英寸晶圆 厂，同年成为全球最大的存储器厂商。
（36）1995年，NEC开发出全球第一块1Gb DRAM。
41
4Gb DRAM
（1.8V 0.10μm 645mm2 0.1μm2/cell）
第10章MEMS加工技术
第3章 扩散工艺 第5章 离子注入 第7章 光刻工艺
第9章 薄膜淀积工艺
第11章 金属化工艺
6
IC设计/版图和分析 硅圆片加工
基板版图设计 基板加工和测试 IC芯片加工和测试
IC封装设计和分析
IC封装和测试
PCB版图设计 PCB加工和测试
设备
材料
PCB装配
性能不好 PCB测试
32
（16）1965年，摩尔提出“摩尔定律”
（17）1967年，TI发明第一个手持计算器。
33
（18）1968年，诺伊斯和摩尔离开了了仙童公 司，7月18日他们两人宣布整合NM电子， 罗克担任董事会主席，诺伊斯担任总裁， 摩尔担任执行副总裁。一个多月后，他们 决定换一个“有点性感”的公司名称，最 后决定选用Intel（Integrated Electronics “集成电子”的缩写）。同年英特尔推出第 一片1kRAM 。公司成立不久，就招聘了斯 坦的泰德· 霍夫——微处理器的发明人。
11
第1章 概
述
12
本章内容 1.1 微电子技术发展重大事件 1.2 IC制造的基本工艺流程 1.3 硅片的制备
13
1.1微电子技术发展重大事件
从二十世纪初（1906年），美国工 程师德· 福雷斯特(D.Forest)在弗莱明发 明真空电子二极管的基础上发明具有放 大电信号的真空三极管，到二十世纪末 发明纳米管，“信息技术”在100年内 发生了翻天覆地的变化。
微电子制造工艺技术
微电子制造工艺技术微电子制造工艺技术是指用于制造微电子器件的一系列工艺技术，主要包括光刻、薄膜沉积、离子注入、蚀刻和扩散等步骤。
这些工艺技术在现代电子器件制造中起着至关重要的作用，直接影响着微电子器件的性能和可靠性。
首先，光刻是微电子制造中的关键步骤之一。
它通过使用光刻胶和光刻机等设备，在硅片表面上形成微细的图案。
光刻胶光敏剂的遮蔽能力和图案的精度决定了光刻的质量。
光刻的目标是将芯片上的微米级图案转移到硅片上，以创建集成电路的不同功能区域。
其次，薄膜沉积是微电子制造过程中不可或缺的步骤之一。
它通过在硅片表面上沉积各种材料薄膜，例如金属、氧化物和多晶硅等，来实现各种电子器件所需的结构和功能。
薄膜的质量和厚度均匀性对器件的性能和可靠性起着重要作用。
离子注入是一种常用的微电子制造工艺技术，它用于调节硅片的电学性能。
通过将离子注入硅片，可以改变硅片的电导率和掺杂浓度，从而实现不同类型的电子器件的制造。
离子注入的精度和均匀性是确保器件性能一致性的关键因素。
蚀刻技术在微电子制造中也起着重要作用。
它通过使用蚀刻液将不需要的材料从硅片上去除，以形成所需的结构和图案。
蚀刻的选择性和精度对器件的性能和可靠性有着重要的影响。
最后，扩散是微电子制造中的一种关键工艺技术。
它通过在硅片表面扩散掺杂物，例如硼和磷等，来改变硅片的导电性能。
扩散的时间和温度控制非常重要，以确保所得到的电子器件具有一致的性能。
总结起来，微电子制造工艺技术是实现集成电路制造的基础。
它们的精度、均匀性和可重复性对微电子器件的性能和可靠性具有重要影响。
随着微电子技术的不断发展，对工艺技术的要求也越来越高。
因此，不断改进和创新微电子制造工艺技术，提高制造效率和器件性能，是当前微电子制造领域面临的重要挑战。
电子科大微机电系统(MEMS)概论课件 第一章
力学
流体
声学
传热学 光学
MEMS
电/磁学
生物学
化学
量子力学
一、MEMS的形成与发展
1、MEMS的形成基础
与机械电子学的关系
• 基本组成相同 • 不是简单的提升
定子
转子
扭矩传 递齿轮
LIGA工艺生成的微马达
MEMS系统框图
MEMS的组成要素：微型传感器、微执行器、信号处理控制电路、通 信系统、微电子电源
Electron Devices ED-35
724–30
旋转式静电微电机 Rotary Electrostatic Micromotor
Fan Long-Shen, Tai Yu-Chong and
Muller R S 1989 IC-processed
Aelcetcutarotostrasti2c0m4i1c–r7omotors Sensors
阻量 ＝势能变化 / 速度、电流或流量的变化 容量 ＝质量或位移变化/ 势能变化 惯量 ＝势能变化/ 流量（速度或电流）每秒的变化
三、MEMS的制造方法概述
MEMS与IC工艺追求不同 • 从二维到“假三维” 、 “真三维” • 以IC平台发展起来为主，非IC工艺日渐丰富
三、MEMS的制造方法概述
5)IC器件主要是电信号，而MEMS器件有机械、光、电、多种信号；
6)IC主要是表面加工工艺，而MEMS有多种加工工艺；
7)IC主要是半导体材料，而MEMS有多种加工材料。
机械学 机械功能
(输入/输出 )
•“系统Systems”——结构,设备,系统水平
MEMS——21世纪微型化的前沿技术
2、MEMS的特点
微型机械 VS 普通机械