半导体制程简介
半导体制程简介
• 然后再进行烘烤，使没有被洗掉的光阻变得比较坚硬 而不至于在下一步蚀刻的时候被破坏掉。
2.4 酸蚀刻
• Acid Etch
– 将没有被光阻覆盖的薄膜腐蚀掉，是酸蚀刻的 主要任务。
– 蚀刻完毕之后，再将光阻洗去。
• 酸蚀刻要使用到多种酸剂，例如：腐蚀 SiO2需要用氢氟酸(剧毒无比的东东)；去除 光阻需要用到硫酸。
半导体制程简介
——芯片是如何制作出来的
基本过程
• 晶园制作 – Wafer Creation
• 芯片制作 – Chip Creation
• 后封装 – Chip Packaging
第1部分 晶园制作
1.1 多晶生成
• Poly Silicon Creation 1
– 目前半导体制程所使用的主要原料就是晶园 (Wafer)，它的主要成分为硅(Si)。
– 引线接在芯片设计时留出的接线管脚上。任何 引线之间的连接(Bridge)都将是致命的。
• 引线制作
3.4 封装
• Packaging
– 晶园切割、引线之后就 是封装。
– 封装之后，我们就见到 了真正产品——芯片。
The End Biblioteka hanks!– 富含硅的物质非常普遍，就是沙子(Sand)，它 的主要成分为二氧化硅(SiO2)。
– 沙子经过初步的提炼，获得具有一定纯度的硅， 再经过一些步骤提高硅的纯度，半导体制程所 使用的硅需要非常高的纯度。
– 接着就是生成多晶硅(Poly Silicon)。
• Poly Silicon Creation 2
• Poly Silicon Creation 3
半导体工艺流程简介
半导体工艺流程简介半导体工艺流程的基本涵义是把半导体元件从原理图到最终成品的制程过程，涉及到半导体元件的设计，制造，测试和检查等步骤，其中一些步骤包括：光刻，圆弧氧化，腐蚀，外部硅化，低温热封，抛光，定型热处理，金属集成，定化，接收，分析。
1、光刻：半导体工艺中最重要的一步，就是将设计好的电路图片放大，不管是直接放大，还是芯片上用光刻膜放大，均取决于芯片的印刷上的要求和生产的量大小，通常在芯片的制作与封装过程中都需要利用光刻作为关键步骤。
2、圆弧氧化：圆弧氧化主要通过一种名为椭圆器的特殊装置及适当的介质，以某种特定的圆弧型动态介质穿行的过程以达到厚度梯度的氧化层，用来在芯片芯片上形成可控深度的氧化层，这一步在定型层形成介质及其他接头氧化技术中占有重要地位。
3、腐蚀：通过一种特殊的物质（如氢氧化钠）在芯片上形成可控深度的磷酸盐氧化层，以减小芯片表面起源的因素对电子器件性能有不利影响，从而提高芯片的可靠性和可编程性，这一步在芯片的最终封装过程中起到了非常重要的作用。
4、外部硅化：在半导体工艺中，外部硅化就是在定型层上施加特殊物质，形成高功能硅化层，这一步可以防止微芯片表面发生机械划伤，保证微芯片可靠性，而且外部硅化能够提高微芯片的定位精度，从而提高芯片的可靠性。
5、低温热封：在半导体封装的过程中，需要进行低温热封以实现保护和定向特征，这一步可以有效防止定型层氧化度对半导体性能的负面影响，从而提高半导体的可靠性。
6、抛光：在半导体封装的过程中，抛光步骤是必不可少的，主要是为了保证芯片表面外观的一致性，以及保证芯片表面不沾附其他物质。
7、定型热处理：定型热处理是半导体封装的过程中十分重要的一步，其主要是达到稳定芯片参数，以及改善芯片的可靠性和可编程性的目的，在高浓度的热处理技术中，微芯片的特性往往可以明显提升。
8、金属集成：金属集成是基于电子封装技术的重要一步，它在硅基电子元器件工艺流程中起着关键性作用，主要包括熔接、焊接、过渡性氧化等步骤，以保证半导体元件的稳定性和可靠性。
半导体 制程
半导体制程
半导体制程是指将芯片从设计到生产的完整流程，包括晶圆加工、芯片制造、封装测试等诸多环节。
目前，半导体制程已经成为现代科
技产业中不可或缺的重要组成部分。
半导体制程一般分为前端工艺和后端工艺。
前端工艺指晶圆加工
和芯片制造的整个过程，是半导体制程中投入物料最多、工艺最复杂
的一个环节。
后端工艺一般指芯片封装和测试等环节，目的是将芯片
封装好之后，测试其性能是否符合要求。
半导体制程是非常复杂的，需要高度的技术水平和严格的质量控制。
在制程中，任何一个环节的失误都可能会导致整个产品的质量下降，甚至完全报废。
因此，半导体制程需要高度自动化的生产线进行
生产，以保证质量的一致性和产品的稳定性。
总的来说，半导体制程是一个高难度的制造过程，需要科技人员
通过不断的技术创新和工艺改进，始终保持着制程的高精度和高质量。
随着科技不断发展，半导体制程也在不断地演化和升级，为未来科技
领域的发展提供了坚实的基础。
半导体制程简介(NXPowerLite)
1.3 晶园切片
• Wafer Slicing
– 单晶硅具有统一的晶向， 在把单晶硅切割成单个晶 园(Wafer)的时候，首先 要在单晶硅锭上做个记号 来标识这个晶向。
– 通常标识该晶向的记号就 是所谓Flat或者Notch (平 边、凹槽)。
• 6’ Wafer
– 6’的晶园通常采用所谓“平边”的方法来标识 晶向。
INITIAL OXIDE & NITRIDE DEP
2.2 有关Photo
• 什么是Photo？
– 所谓Photo就是照相，将光罩的图形传送到晶 园上面去。
• Photo的机器成本
– 在半导制程中，Photo是非常重要的一个环节， 从整个半导体芯片制造工厂的机器成本来看， 有近半都来自Photo。
• Photo是半导体制程最主要的瓶颈
– Photo制约了半导体器件——线宽。
– 良率
• 通常晶园上的芯片不会每一个都是可以工作的，测量所 得的“可用芯片数/总芯片数”之值就是所谓“良 率”(Yield)。通常只有良率达到一定值时才可以出货。
– 由于这种测试使用探针，所以又被称为Probe Test (探针测试)
Introduction of the Semiconductor Packages and Assembly
– 引线接在芯片设计时留出的接线管脚上。任何 引线之间的连接(Bridge)都将是致命的。
• 引线制作
3.4 封装
• Packaging
– 晶园切割、引线之后就 是封装。
– 封装之后，我们就见到 了真正产品——芯片。
The End Thanks!
SMIC TJ FAB 7 Major Technology Offerings
半导体制程介绍
半导体制造工艺分类
• 三 Bi-CMOS工艺： A 以CMOS工艺为基础 P阱 N阱 B 以双极型工艺为基础
双极型集成电路和MOS集成电 路优缺点
双极型集成电路 中等速度、驱动能力强、模拟精度高、功耗比 较大 CMOS集成电路
低的静态功耗、宽的电源电压范围、宽的输出电压幅 度（无阈值损失），具有高速度、高密度潜力；可与 TTL电路兼容。电流驱动能力低
SiO2 N-epi P+ N-epi
N+-BL N+-BL
P+
P+
P-SUB
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 SiO2 P P+
N+-BL
P P+ N-epi
N+-BL
P+
P-SUB 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)
第五次光刻—引线接触孔
•
SiO2 P N+
N+-BL
P+
P
N+-BL
N-epi P+ N-epi
P+
P-SUB
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
•
AL
P P+ N+-BL
N-epiP+N-epi
P N+ P+ N+-BL
第一次光刻—N+埋层扩散孔
半导体制程简介
半导体制程简介半导体制程是一种用于制造半导体器件的工艺过程，是现代电子工业不可或缺的关键部分。
半导体制程可以将硅等材料转化为半导体晶片，进而制造出各种集成电路、微处理器、存储芯片和其他电子器件。
在半导体制程中，首先需要选择合适的半导体材料，最常用的是硅。
硅具有优异的半导体特性和良好的物理特性，成为了制造半导体器件的首选材料。
其他半导体材料如化合物半导体和有机半导体也应用于特定的器件。
接下来是晶片的制备过程，主要包括晶体生长、切割和抛光。
晶体生长是通过高温熔炼和快速冷却，使单晶硅生长为大块晶体。
然后，晶体经过切割成薄片，再通过抛光和平整的过程使其表面光洁平整。
接着是半导体器件的制备过程。
这包括了沉积层、光刻、蚀刻、离子注入和金属化等步骤。
沉积层是通过物理气相沉积（PECVD）或热熔腐蚀（CVD）将薄膜材料沉积在晶片上。
光刻是将光敏胶覆盖在晶片上，然后用紫外线照射到其中的图案模板上，最后通过蚀刻去除未被曝光的区域。
离子注入是将离子通过加速器注入晶片中，改变材料的导电性和电阻率。
金属化是在晶片上涂覆金属，形成电线和电极，用于电子器件的连接。
最后是芯片封装和测试。
封装是将半导体器件连接到外部引脚和包装中，以保护器件并提供适当的电连接。
测试是对芯片进行电性能和可靠性的检查，以确保其正常工作并符合规格要求。
半导体制程是一项复杂而精细的工艺过程，需要严格的控制和高度的精确度。
不断的技术创新和工艺改进使得半导体器件的制造变得越来越高效和可靠。
半导体制程的进步不仅推动了电子技术的发展，还广泛应用于通信、计算机、汽车、医疗和工业等各个领域，为现代社会的科技进步和生活便利做出了巨大贡献。
在半导体制程中，制造芯片的关键技术之一是微影技术。
微影技术是一种将光刻或电子束曝光技术应用于半导体制程中的方法，用于将非常小的结构图案精确地转移到半导体表面，从而实现微小而密集的电子元件。
微影技术的进步极大地促进了半导体技术的发展，使得芯片的功能更加强大、体积更小。
半导体制程简介
阐述图形化工艺的基本原理和方法，包括光刻、刻蚀、镀膜等步骤，以及这些步骤对半导体性能 的影响。
掺杂与退火
讲解掺杂剂的种类和作用，以及掺杂工艺的基本步骤和退火工艺对半导体性能的影响。
制程环境与设备
制程环境
介绍半导体制造所需的环境条件 ，如洁净度、温度、湿度等，以 及这些环境因素对半导体性能的 影响。
03
常见的半导体材料有硅、锗、砷化03
半导体材料具有高纯度、低缺陷等 特性。
硅是最常用的半导体材料，具有资 源丰富、制备工艺成熟等优势。
锗是一种具有高迁移率的半导体材 料，适用于高速电子器件。
半导体产业概述
01
半导体产业包括半导体制造、半导体设备、半 导体材料等领域。
案例三：纳米半导体器件制程
总结词
纳米半导体器件制程是一种制造纳米级尺寸 的半导体器件的制程，具有高频率、低功耗 、小尺寸等特点。
详细描述
纳米半导体器件制程采用先进的纳米制造技 术，如纳米压印、电子束光刻等，将半导体 材料加工成纳米级别的器件。该制程在微电 子、光电子、生物医学等领域具有广泛的应 用前景。
5G和物联网的驱动
5G和物联网技术的发展将推动半导体产业持续增长，对低功耗、 高性能半导体的需求不断增加。
中国市场的崛起
中国半导体市场已成为全球最大的市场之一，政府支持力度大，产 业发展迅速，国际合作与竞争日益激烈。
国际合作与竞争
国际合作
随着半导体产业的发展，国际合作成 为提高技术水平和竞争力的重要手段 ，各国纷纷建立合作机制，加强技术 交流和联合研发。
详细描述
半导体技术可以用于开发太阳能、风能等新能源发电设备中的半导体器件，提高能源利用效率；同时 也可以用于环保领域的半导体传感器、气体检测器等设备的开发，实现环境污染的监测与治理。
半导体制程简介
半导体制程简介一、洁净室一般的机械加工是不需要洁净室(clean room)的，因为加工分辨率在数十微米以上，远比日常环境的微尘颗粒为大。
但进入半导体组件或微细加工的世界，空间单位都是以微米计算，因此微尘颗粒沾附在制作半导体组件的晶圆上，便有可能影响到其上精密导线布局的样式，造成电性短路或断路的严重后果，为此，所有半导体制程设备，都必须安置在隔绝粉尘进入的密闭空间中，这就是洁净室的来由。
洁净室的洁净等级，有一公认的标准，以class 10为例，意谓在单位立方英尺的洁净室空间内，平均只有粒径0.5微米以上的粉尘10粒。
所以class后头数字越小，洁净度越佳，当然其造价也越昂贵。
为营造洁净室的环境，有专业的建造厂家，及其相关的技术与使用管理办法如下：1、内部要保持大于一个大气压的环境，以确保粉尘只出不进。
所以需要大型鼓风机，将经滤网的空气源源不绝地打入洁净室中。
2、为保持温度与湿度的恒定，大型空调设备须搭配于前述之鼓风加压系统中。
换言之，鼓风机加压多久，冷气空调也开多久。
3、所有气流方向均由上往下为主，尽量减少突兀之室内空间设计或机台摆放调配，使粉尘在洁净室内回旋停滞的机会与时间减至最低程度。
4、所有建材均以不易产生静电吸附的材质为主。
5、所有人事物进出，都必须经过空气吹浴(air shower) 的程序，将表面粉尘先行去除。
6、人体及衣物的毛屑是一项主要粉尘来源，为此务必严格要求进出使用人员穿戴无尘衣，除了眼睛部位外，均需与外界隔绝接触(在次微米制程技术的工厂内，工作人员几乎穿戴得像航天员一样。
) 当然，化妆是在禁绝之内，铅笔等也禁止使用。
7、除了空气外，水的使用也只能限用去离子水(DI water, de-ionized water)。
一则防止水中粉粒污染晶圆，二则防止水中重金属离子，如钾、钠离子污染金氧半(MOS，以金属-氧化物-半导体场效应晶体管为主要元件构成的集成电路) 晶体管结构之带电载子信道(carrier channel)，影响半导体组件的工作特性。
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◆ 近接式曝光:
光罩不被污染,但解析度降低
◆ 投影式曝光:
解析度佳,且光罩不被污染,目 前工業所用
曝光概念圖
鏡子 光源 過濾器 聚集鏡片 光罩
縮影鏡片 晶片
投影式
晶片
晶座
光罩
接觸式
蝕刻(Etching)
◆ 目的: 除去微影製程中沒 被光阻覆蓋部份的薄膜
◆ 蝕刻技術:
光阻
乾式蝕刻
◆ 邊緣拋光
晶圓
降低微粒附著
增加機械強度
◆ 表面拋光
去除微缺陷
平坦化
晶圓清潔(Cleaning)(一)
◆ SC-1(RCA standard clean 1)
化學品:NH4OH,H2O2,H2O 目的:清除微粒子
◆ SC-2(RCA standard clean 2)
化學品:HCl, H2O2,H2O 目的:清除金屬粒子
晶圓清潔(Cleaning)(二)
◆ SPM(Piranha Clean)
化學品:H2SO4,H2O2 目的:清除有機物質
◆ DHF(Dilute HF Clean)
化學品:HF,H2O 目的:清除表層氧化物
II.晶圓處理
晶圓處理流程
氧化反應
薄膜沉積
微影製程
金屬化 製程
摻雜
蝕刻
氧化反應(Oxidation)
半導體製程簡介
部門ASI/EOL 報告人SaintHuang
半導體製造流程
Front-End 晶圓製造 晶圓針測
Back-End
封裝
測試
晶粒(Die)
成品
半導體製程分類
◆ I. 晶圓製造 ◆ II.晶圓處理 ◆ III.晶圓針測 ◆ IV.半導體構裝 ◆ V.半導體測試
I.晶圓製造
晶圓製造流程
矽金屬及摻雜質的融化 頸部 (Meltdown)
頸部成長(Neck Growth) 晶冠 晶冠成長(Crown Growth) 晶體成長(Body Growth) 晶體 尾部成長(Tail Growth)
尾部
柴氏長晶法示意圖
充入鈍氣
上拉 旋轉
晶冠 晶體
加熱 線圈
熔融矽
晶種 頸部
坩堝
單晶成長流程圖
Single crystal rod
Wafer
晶圓切片流程
◆ 晶棒黏著 ◆ 切片 ◆ 晶圓清洗 ◆ 規格檢驗
內徑切割機
晶邊圓磨（Edge contouring）
◆ 目的
防止晶圓邊緣碎裂 防止熱應力之集中 增加光阻層在邊緣之平坦度
◆ 方式
輪磨 化學蝕刻 晶面抹磨
輪磨示意圖
鑽石砂輪
晶圓
真空吸盤
晶面研磨(Lapping)
微影製程(Photolithography)
去水烘烤
光阻塗佈
軟烤
曝光
去除光阻
硬烤
顯影
曝光後烘烤
光阻
◆ 光阻材料及作用
樹脂: 黏合劑 感光材料: 光活性強之化合物 溶劑: 使光阻以液體方式存在
◆ 分類:
正光阻:遇光溶於顯影劑 負光阻:產生鏈結,使結構增強,
不溶於顯影劑
光阻塗佈
曝光
光罩
◆ 接觸式曝光:
98%)
氯矽化合物 (SiHCl3….)
蒸
高溫電弧爐還原
無水氯化氫
餾
m塊狀矽塊 .9…9%)
純 化
多晶矽棒
SiHCl3
敲碎
氫氣還原及CVD法
單晶生長技術
◆ 柴氏長晶法 : 82.4% ◆ 磊晶法 : 14.0% ◆ 浮融帶長晶法 : 3.3% ◆ 其它 : 0.2%
(1993年市場佔有率)
長晶程序(柴式長晶法)
晶圓材料
多晶矽 原料製造
單晶 生長
晶圓 成形
晶圓材料
◆ 分類:
元素半導體 : 矽,鍺 化合物半導體 : 碳化矽(SiC),砷化鎵(GaAs)
◆ 矽的優缺點 :
優點:存量豐富,無毒,穩定之氧化鈍態層,製 造成本低
缺點:電子流動率低,間接能階之結構
多晶矽原料製造(西門子法)
矽砂+碳 (SiO2)
低純度矽 (冶金級矽,
光 罩
晶圓 曝光
IC製程簡圖(二)
(C)
已顯影光阻 (E)
薄膜
二氧化矽
晶圓
顯影
(D)
(F)
晶圓 蝕刻
晶圓 離子植入
參雜物
晶圓 去除光阻
IC製程簡圖(三)
(G)
金屬層
(I)
晶圓
金屬沉積
(H)
(J)
晶圓 微影製程
晶圓 金屬蝕刻
晶圓 去除光阻
III.晶圓針測
晶圓針測示意圖
探針卡 針測機
晶圓針測流程圖
構裝的分類(一)
◆ 去除鋸痕與破壞層 ◆ 平坦化(降低粗糙度)
化學蝕刻(Etching)
◆ 目的: 去除加工應力所造成之損 傷層,以提供更潔淨平滑表面
◆ 蝕刻液種類
酸系: 氫氟酸,硝酸,醋酸混合 鹼系: 氫氧化鈉,氫氧化鉀
晶圓拋光(Polishing)
◆ 以研磨劑中之NaOH,KOH,NH4OH腐 蝕最表層,由機械磨擦進行拋光
抽真空測漏氣 率 (1 hr)
坩堝加熱融化多 晶矽塊(7hrs)
晶體成長 (30 hrs)
尾部成長 (5 hrs)
晶冠成長 (2 hrs)
冷卻(4 hrs)
等待穩定平 衡(2 hrs)
頸部成長 (1 hr)
晶柱後處理流程
長晶
外徑研磨與平邊
化學蝕刻
晶圓研磨
拋光
清洗
切片 晶邊研磨
檢驗
晶圓切片(Slicing)
◆ 目的:獲得SiO2層(如場氧化層)做 為元件絕緣體材料
◆ 方法:
乾式氧化法
Si + O2 SiO2
濕式氧化法
Si + 2H2O SiO2 + 2H2
薄膜沉積(Deposition)
◆ 物理氣相沉積(PVD)
主要應用範圍: 金屬材料
◆ 化學氣相沉積(CVD)
主要應用範圍: 介電材料,導體材料, 半導體材料
物理氣相沉積 -- 蒸鍍(Evaporation)
晶片與晶座 蒸鍍室 蒸鍍源 坩堝加熱
接真空系統 A
物理氣相沉積 -- 濺鍍(Sputtering)
晶片
正電極
濺鍍源
負電極
電漿
Hale Waihona Puke 濺鍍機化學氣相沉積(a)氣體擴散
(e)未參與 物抽離 主氣流
介面邊界層
(b)反應物 被吸附
(c)化學反 應與沉積
(d)未參與 物脫離
晶圓生產 Wafer processing
封裝 Packaging
晶圓針測 Circuit Probing 1
雷射修補 Laser Repair
晶圓針測 Circuit Probing 2
IV.半導體構裝
訊號
構裝之目的
電能
◆ 電能傳遞 ◆ 訊號傳遞 ◆ 散熱 ◆ 結構保護與支持
訊號 電能
散熱
散熱
薄膜
濕式蝕刻
底材
摻雜(Doping)
◆ 目的: 增加導電性
離子植入法示意圖
如N型半導體加入砷
離子,P型半導體加入
離子束 晶片
硼離子
◆ 常用方法
離子植入機
擴散法 離子植入法
加速器
IC製程簡圖(一)
(A) 薄膜
(B)
(Si3N4) 光阻
(Photoresist)
二氧化矽
(SiO2)
晶圓
氧化反應,薄膜沉積 及光阻塗佈