第九章 ULSI工艺总汇
拉丝工艺教材
出口区
定径区
工作区
• • • • • • • • • • • • • • • • •
工作区的高度，随拉伸材料的性质，及其直径和润滑情况而有所不同．其选择的原则是： ①.拉伸软金属线时，应较硬金属线短． ②.拉伸小直径线材时，就较大直径线材短． ③.湿式润滑拉伸时，应较于式润滑短． 工作锥角的选择原则是： ①.压缩率愈小，工作锥角应愈小． ②.拉伸线材愈硬，工作锥角就愈小． ③.拉伸小直径材料较大直径材料小． 对拉线模孔型来说，工作锥角较大时，垂直于模孔表面的正压力增加；当工作锥角较小 时，沿着模孔表面的力（磨擦力）增加．理想的工作锥角是希望上述正压力和磨擦力的 合力线为最小． 3). 定径区 制品通过定径区，得到所需要的形状和尺寸．定径区的长度，视拉伸材料的软硬．截面 积的大小和润滑情况而有所不同． 定径区高度的选择原则是： ①.拉伸软金属材料较硬金属材料短． ②.拉伸大直径材料较小直径材料短． ③.湿式润滑拉伸较干式润滑拉制短． 4).出口区 出口区是被拉伸材料离开模孔的最后通过部分．它能保护定径区不致崩裂，并在停机时， 不使线材因倒车而擦伤．
• E、 接头断线 • 接头断线外形可以分为四类：鱼口形断线，其余三种为平头形、 斜刃形、尖刺形。 接头断线的最大原因在于氧化亚铜粒子在连接部分过分集中，或 者接线时温度太高造成晶粒的成长，另外焊接后花边清除不干净 亦会造成断线。 • F、 机械损伤断线 • 这种断线的主要原因在于铜杆或铜线的排线不良而造成乱线，在 未进入拉丝机前因乱线形成线与线之间的纠缠打结，无法进入眼 模而断线。 • J、扭短与熔断 扭断：线材因受扭力而断线，最常发生在生产通信电缆的绞合机 上。 • 熔断：这种现象主要出现在连续退火机，由于张力调整不当或 铜材内部缺陷，线与导轮之间有火花产生，铜线表面在火花发生 处有熔毁现象，严重时造成断线。 • K、眼模刮伤 • 拉丝眼模的管理直接影响到断线率及加工成本，如眼模内孔不 光滑，将使拉的线材表面造成严重的连续性刮伤，并造成张力断 线。 •
Li-LSX生产工艺流程简述
Li-LSX生产工艺流程简述一．合成工段1．配液工序通过DCS控制系统，将定量的30%NaOH溶液、48.8%KOH溶液打入配液釜中。
用蒸汽伴管加热至90℃，分三次加入计量的Al(OH)3固体，加完后，于90℃保温反应4h。
关闭伴管蒸汽阀门，改通循环水降温。
降至40℃左右，用泵输送至铝液储罐中冷却静置。
（铝液需通过袋式过滤器过滤物理杂质。
）铝液微调：根据检测结果，通过DCS定量控制系统，用30%NaOH溶液、48.8%KOH溶液、自来水对铝液进行两次微调，然后在储罐中进行4h自身循环。
分两次微调是为了保证铝液浓度调配的准确性。
硅液微调：将硅胶车间的原硅液沉降三天后，取样分析。
根据含量用30%NaOH溶液、自来水通过DCS系统进行准确的浓度调配。
同样进行两次微调，熟练以后可进行一次微调。
（硅液会吸收CO2产生SiO2沉淀,加碱液可适当除去。
）储罐分为：沉降罐（罐内装一根上吸管）、配制罐、中转罐、澄清罐。
将沉降罐中的清液泵送至袋式过滤器，再送到配制罐进行微调循环，调好浓度的液体再转至中转罐备用。
2．分散工序将澄清罐中的铝液用泵输送，经过10目的钛棒过滤器过滤，再经板式换热器调节温度（用热水升温、用自来水降温）至30℃，如果温度不达标，则将铝液经计量罐回流到储罐中。
直到温度达标后，再在计量罐中进行计量。
（也可以将铝液计量好后，放到分散釜中进行温度调节。
）硅液同理。
硅液经换热器后的温度控制为28℃。
当分散釜中的铝液温度和量都调节好以后，迅速将调节好温度和量的硅液放入分散釜中，剧烈搅拌。
体系会变成悬浊液，并升温。
加入硅液半小时后，开启夹套45℃热水均匀升温，约半小时后升至42℃，关闭热水。
将物料立即用隔膜泵转入合成釜中晶化。
（严格控制温度的均匀准确，保证加入硅液后，体系在1小时升至42℃。
）隔膜泵进出管道上的阀门必须打开才能启动隔膜泵。
铝液约1.875m3; 硅液约0.87m3. 计量罐的刻度标定必须准确，包括到分散釜的管道一起标定。
拉丝工艺
拉丝可根据装饰需要，制成直纹、乱纹、螺纹、波纹和旋纹等几种。
直纹拉丝是指在铝板表面用机械磨擦的方法加工出直线纹路。
它具有刷除铝板表面划痕和装饰铝板表面的双重作用。
直纹拉丝有连续丝纹和断续丝纹两种。
连续丝纹可用百洁布或不锈钢刷通过对铝板表面进行连续水帄直线磨擦（如在有靠现装置的条件下手工技磨或用刨床夹住钢丝刷在铝板上磨刷）获取。
改变不锈钢刷的钢丝直径，可获得不同粗细的纹路。
断续丝纹一般在刷光机或擦纹机上加工制得。
制取原理：采用两组同向旋转的差动轮，上组为快速旋转的磨辊，下组为慢速转动的胶辊，铝或铝合金板从两组辊轮中经过，被刷出细腻的断续直纹。
乱纹拉丝是在高速运转的铜丝刷下，使铝板前后左右移动磨擦所获得的一种无规则、无明显纹路的亚光丝纹。
这种加工，对铝或铝合金板的表面要求较高。
波纹一般在刷光机或擦纹机上制取。
利用上组磨辊的轴向运动，在铝或铝合金板表面磨刷，得出波浪式纹路。
旋纹也称旋光，是采用圆柱状毛毡或研石尼龙轮装在钻床上，用煤油调和抛光油膏，对铝或铝合金板表面进行旋转抛磨所获取的一种丝纹。
它多用于圆形标牌和小型装饰性表盘的装饰性加工。
螺纹是用一台在轴上装有圆形毛毡的小电机，将其固定在桌面上，与桌子边沿成60度左右的角度，另外做一个装有固定铝板压茶的拖板，在拖板上贴一条边沿齐直的聚酯薄膜用来限制螺纹竞度。
利用毛毡的旋转与拖板的直线移动，在铝板表面旋擦出宽度一致的.有关烫金上面的ddmao朋友也说明了一些，你可以参考一下，我再补充一些：1、有关烫印板，即施压头部份的材料选取，以红铜材料为最佳，因为红铜散热性、传热性比较好，在金属中属于中性材料，既不太软也不太硬，不仅便于加工，有一定弹性，耐用性很好；不过实际使用时，很多厂商为降低材料成本，选择的多是铝合金印板，这样在烫板制作成本上可以省一些，不过因为铝材太软，使用寿命差，如果批量很大，用一段时间还得重新制版，制版费也不便宜了，所以应该要综合考虑材料选择问题。
光刻工艺流程
光刻工艺流程Lithography Process摘要：光刻技术（lithography technology）是指集成电路制造中利用光学—化学反应原理和化学,物理刻蚀法，将电路图形传递到单晶表面或介质层上，形成有效图形窗口或功能图形的工艺技术.光刻是集成电路工艺中的关键性技术,其构想源自于印刷技术中的照相制版技术。
光刻技术的发展使得图形线宽不断缩小，集成度不断提高,从而使得器件不断缩小,性能也不断提利用高。
还有大面积的均匀曝光,提高了产量，质量,降低了成本。
我们所知的光刻工艺的流程为：涂胶→前烘→曝光→显影→坚膜→刻蚀→去胶.Abstract：Lithography technology is the manufacture of integrated circuits using optical — chemical reaction principle and chemical， physical etching method, the circuit pattern is transferred to the single crystal surface or the dielectric layer to form an effective graphics window or function graphics technology。
Lithography is the key technology in integrated circuit technology， the idea originated in printing technology in the photo lithographic process。
Development of lithography technology makes graphics width shrinking, integration continues to improve， so that the devices continue to shrink， the performance is also rising.There are even a large area of exposure， improve the yield, quality and reduce costs。
VLSI-01前言
点接触晶体管：基片是N型锗，发射极和集电
极是两根金属丝。这两根金属丝尖端很细， 靠得很近地压在基片上。金属丝间的距离：
~50μm
INFO130024.01
第一讲 前言
集成电路工艺原理
5
不足之处: 可靠性低、噪声大、放大率低等缺点
INFO130024.01
第一讲 前言
集成电路工艺原理
6
1948年 W. Shockley 提出结型晶体 管概念
Physical gate length in nm
We are here.
Source silicide metal
Gate
Drain
metal
Year
No complete technological solution available !!!
Source
Drain
gate oxide channel
•器件尺寸下降，芯片尺寸增加
•互连层数增加
•掩膜版数量增加
•工作电压下降
等比例缩小原则
Scaling down
INFO130024.01
第一讲 前言
集成电路工艺原理
17
器件的等比例缩小原则
Constant-field Scaling-down Principle
器件几何尺寸：Lg，Wg，tox，xj →×1/k
• GSI (极大规模集成电路) ，晶体管数>109
• SoC－－system-on-a-chip/SIP－－system in packaging
INFO130024.01
第一讲 前言
集成电路工艺原理
12
摩尔定律（Moore’s Law)
硅集成电路二年（或二到三年）为一代，集成度翻一番，工艺线宽约缩 小30%，芯片面积约增1.5倍，IC工作速度提高1.5倍
第二章ULSI工艺总汇
BiCMOS工艺分类
BiCMOS工艺技术大致可以分为两类： 分别是以CMOS工艺为基础的BiCMOS工艺 和以双极工艺为基础的BiCMOS工艺。
一般来说，以CMOS工艺为基础的BiCMOS 工艺对保证CMOS器件的性能比较有利， 同样以双极工艺为基础的BiCMOS工艺对 提高保证双极器件的性能有利。
p-well
n-well silicon substrate
16
CMOS LOCOS Isolation
DUDFRGeVierpevmoElodewsxolioIpvtFmpeoRisepRNOeullsdeiaxritsenirOidtitsdextBeide
Fox p-well
n-well silicon substrate
13
CMOS n/p-well Formation
GDUEnRteV-recwpvomheEwoeloslNxoliTvptiIethomNRrRRisiniepudetesrlseOisaiesidsntsxtetide
silicon substrate
14
CMOS n/p-well Formation
DUpRE-teVLcpvmhDeEoolsSDxovipteIaoRSmRcspeueepasrsilcieasOestntrxtOidxeide
polySi Fox
p-well
polySi n-well
silicon substrate
21
CMOS Transistor Fabrication
（5）第三次光刻——P型基区扩散孔光刻
基区扩散孔的掩模版图形及基区扩散后的芯片剖
面图如图所示。
38
双极型集成电路的基本制造工艺步骤
拉丝技术概论课件
Zn2Fe(PO4)2 ‧ 4H2O + 4H3PO4…..……(6) （Phosphophyllite皮膜）
處理液pH約為2~3左右，而處理液的管理主要為酸比及促進劑的濃度。
酸比(AR) =全酸度(TA)/游離酸度(FA)
生成的磷酸鋅皮膜由Zn3(PO4) 2‧4H2OHopeite及Zn2Fe(PO4) 2‧4H2O Phosphophyllite混合組成。若處理液中Zn2+濃度及溫度高，則 Hopeite皮膜生成容易，Phosphophyllite生成與鋼材溶出Fe2+的存在 及鋼材表面近傍Fe2+的濃度及擴散速率有關。
2.矽Si、錳Mn、鎳Ni、鉻Cr、鉬Mo：可提升鋼材之硬化能，但降低冷鍛性。 3.磷P、硫S：極易產生偏析，有害冷鍛性。 4.鋁Al、鈦Ti、釩V：為晶粒細化元素，但須防析出硬化，損害冷鍛性。 5.硼B：微量硼(0.008~0.03%)可大幅提昇硬化能。 6.氮N：為晶粒調整用，但降低冷鍛性。
(三)冷鍛用鋼材的性質、影響因素及試驗方法
塑性加工的磷酸鹽皮膜
塑性加工用的磷酸鹽皮膜，一般通稱為磷酸鋅皮膜。
(一)磷酸鋅皮膜反應機構 當鋼鐵表面與磷酸鹽液接觸，鋼鐵表面發生溶解，界面附近的處理
液中的H+離子減少，而使pH值上升，當超過沉澱平衡pH時，磷酸 鋅結晶即沉澱析出在鋼鐵表面上成為皮膜。
Fe + 2H3PO4 → Fe(H2PO4) + H2 ↑ …………………………………….(1)
上述程序較完備的其酸洗、水洗有二槽以上，亦有非常簡單的處理工程，如： 酸洗→水洗→化成→水洗→潤滑
不論處理工程的程序如何，只要能合乎其現場實際、品質要求即可。 (一)各處理工程之目的：(有些工程已在前項敘述，故不另加說明) 1.酸洗
VLSI设计基础复习
VLSI设计基础复习设计基础复习资料1.为什么（含）工艺成为主流工艺？其最大特点是什么？在微电子技术领域，集成电路的制造有两个主要的实现技术：双极技术与技术。
以其结构简单，集成度高，耗散功率小等优点，成为当今制造的主流技术。
其最大特点是耗散功率小。
2.说明器件的基本工作原理。
它与基本工作原理的区别是什么？器件基于表面感应的原理，是利用垂直的栅压实现对水平的控制。
它是多子（多数载流子）器件。
用跨导描述其放大能力。
双极型晶体管()是利用发射结、集电结成的体内器件，由基极电流控制集电极电流的两种载流子均起作用的器件。
用电流放大系数描述其放大能力。
3.为什么说硅栅工艺优于铝栅工艺？硅栅工艺是利用重掺杂的多晶硅来代替铝做为管的栅电极，使电路特性得到很大改善，它使下降1.1V，也容易获得合适的值并能提高开关速度和集成度。
硅栅工艺具有自对准作用，这是由于硅具有耐高温的性质。
栅电极，更确切的说是在栅电极下面的介质层，是限定源、漏扩散区边界的扩散掩膜，使栅区与源、漏交迭的密勒电容大大减小，也使其它寄生电容减小，使器件的频率特性得到提高。
另外，在源、漏扩散之前进行栅氧化，也意味着可得到浅结。
铝栅工艺为了保证栅金属与漏极铝引线之间看一定的间隔，要求漏扩散区面积要大些。
而在硅栅工艺中覆盖源漏极的铝引线可重迭到栅区，这是因为有一绝缘层将栅区与源漏极引线隔开，从而可使结面积减少3040%。
硅栅工艺还可提高集成度，这不仅是因为扩散自对准作用可使单元面积大为缩小，而且因为硅栅工艺可以使用“二层半布线”即一层铝布线，一层重掺杂多晶硅布线，一层重掺杂的扩散层布线。
由于在制作扩散层时，多晶硅要起掩膜作用，所以扩散层不能与多晶硅层交叉，故称为两层半布线．铝栅工艺只有两层布线：一层铝布线，一层扩散层布线。
硅栅工艺由于有两层半布线，既可使芯片面积比铝栅缩小50%又可增加布线灵活性。
当然，硅栅工艺较之铝栅工艺复杂得多，需增加多晶硅淀积、等离子刻蚀工序，而且由于表面层次多，台阶比较高，表面断铝，增加了光刻的困难，所以又发展了以3N4作掩膜的局部氧化( ) 工艺，或称等平面硅栅工艺。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
N+区光刻
38
掩膜6 ：光刻接触孔
光刻接触孔
39
掩膜7 ：光刻铝引线 1、淀积铝 2、光刻铝
AL PSG 场氧 Poly 栅氧 P+ N+ P阱 N 硅衬底
40
光刻铝
三、后部封装 （在另外厂房）
（1）背面减薄 （2）切片 （3）粘片 （4）压焊：金丝球焊 （5）切筋 （6）整形 （7）塑封 （8）沾锡：保证管脚的电学接触 （9）老化 （10）成品测量 （11）打印、包装
一、硅片制备 二、前部工序
Mask 掩膜版
CHIP
31
• 掩膜1： P阱光刻
P-well Si-衬底
具体步骤如下： 1．生长二氧化硅：
SiO2
Si-衬底
32
2．P阱光刻： 涂胶、掩膜对准、曝光、显影、刻蚀 3．去胶 4．掺杂：掺入B元素
涂胶
显影
刻蚀
去胶
掺杂
33
掩膜2 ： 光刻有源区
淀积氮化硅 光刻有源区 场区氧化 去除有源区氮化硅及二氧化硅 生长栅氧 淀积多晶硅
第九章 ULSI工艺总汇
1
集成电路制造工艺分类 1. 双极型工艺（bipolar）
2. CMOS工艺 3. BiCMOS工艺
2
§1 双极型（NPN）集成电路工艺
(典型的PN结隔离工艺)
3
思考题
1.与分立器件工艺有什么不同？
2.埋层的作用是什么？
3.需要几块光刻掩膜版(mask)? 4.每块掩膜版的作用是什么？
SiO2
SiO2
N–-epi
P+ N+埋层
E B N+ P
C
N+
N–-epi
P+
P-Sub
16
光刻掩膜版汇总 埋层区隔离墙硼扩区 磷扩区 引线孔 金属连线
17
金属与半导体接触？ 低势垒，高复合， 形成欧姆接触的方法？ 外延层电极的引出 高掺杂
欧姆接触电极：金属与掺杂浓度较低的外延层相 接触易形成整流接触（金半接触势垒二极管）。因 此，外延层电极引出处应增加浓度。
23
• 由于氧化层中正电荷的作用以及负的金属(铝)栅 与衬底的功函数差，使得在没有沟道离子注入技 术的条件下，制备低阈值电压(绝对值)的PMOS 器件和增强型NMOS器件相当困难。于是，采用 轻掺杂的n型衬底制备PMOS器件，采用较高掺杂 浓度扩散的p阱做NMOS器件（使阈值电压从负 变正，因为高的表面态会使NMOS的阈值电压为 负），在当时成为最佳的工艺组合。
12
埋层的作用
1.减小串联电阻（集成电路中的各个电极均从 上表面引出，外延层电阻率较大且路径较长）， 饱和压降Uces,提高特征频率fT和ICM 2.减小寄生pnp晶体管的影响
钝化层
E
N+
B
C
N+
SiO2
E B
N+
C
N+
P+
光刻胶 SiO2
N–-epi
P
P+
P
N–-epi
P+
P-Sub
N+埋层
13
5.器件之间是如何隔离的？
6.器件的电极是如何引出的？
4
1.衬底准备 2.第一次光刻——N+隐埋层扩散孔光刻
氧化 光刻n+埋层区 衬底准备（P型） n+埋层区注入 清洁表面
P-Sub
5
3.外延层淀积
4.第二次光刻——P+隔离扩散孔光刻
生长n-外延 隔离氧化 光刻p+隔离区 p+隔离注入 p+隔离推进
p 沟 MOS （PMOS）
VTP
Qss qND dmax 2kT N D ln - ms Cox Cox q ni Qss 1 2kT N D 1/2 [2ε0εsN D (2ΨF)] ln - φms Cox Cox q ni
砷注入
91
* p+ 源/漏注入
1．第八层掩膜(光刻8) “p+源/漏注入”
92
2．p+源/漏注入
硼注入
93
3．退火
侧墙的作用？ 保护沟道，在注入过程中阻止掺杂原子的进入
94
七．接触(孔)的形成 * 钛金属接触的制作 1．钛的淀积
钛淀积
95
2．退火
钛硅化物接触形成
96
3．钛刻蚀
钛是做金属接触的理想材料。钛的硅化物在有源区（源，漏， 栅）保留下来。但是钛不与SiO2反应，从而容易的除去，而 不需要额外的掩膜。 接触形成工艺的目的：在所有硅的有源区形成金属接触。金 属接触可以使硅和随后淀积的导电材料更加紧密的结合起来。 97
N+
N-
N+
N6
P-Sub
5.第三次光刻——P型基区扩散孔光刻
光刻硼扩散区
硼扩散
P+ P-Sub
N+
N-
P+
N+
N-
P+
7
6.第四次光刻——N+发射区扩散孔光刻
氧化 光刻磷扩散区 磷扩散
P+ P-Sub
P N+ N-
P+
P N+
N-
P+
8
7.第五次光刻——引线接触孔光刻
氧化 光刻引线孔 清洁表面
20
1.P阱CMOS工艺
P阱CMOS工艺以N型单晶硅为衬底， 在其上制作P阱。NMOS管做在P阱内， PMOS管做在N型衬底上。
21
P阱CMOS工艺
电连接时，P阱接最负电位，N衬底接最正 电位，通过反向偏置的PN结实现PMOS器件和 NMOS器件之间的相互隔离。P阱CMOS芯片剖 面示意图见下图。
光刻3，刻多晶硅掩膜版
N阱
53
刻蚀多晶硅
掩膜版
光刻3，刻多晶硅掩膜版
N阱
54
刻蚀多晶硅
多晶硅
光刻3，刻多晶硅掩膜版
N阱
55
P+离子注入
P+ 光刻4，刻P+离子注入掩膜版
掩膜版
N阱
56
N+离子注入
N+ 光刻5，刻N+离子注入掩膜版
N阱
57
光刻接触孔
光刻6，刻接触孔掩膜版
N阱
N+
P+
58
刻铝
14
外延层的作用
• 为了获得高的击穿电压、小的结电容
15
隔离的实现
1.P+隔离扩散要扩穿外延层，与p型衬底连通。因 此，将n型外延层分割成若干个“岛” 。 2. P+隔离接电路最低电位，使“岛” 与“岛” 之 间形成两个背靠背的反偏二极管。
E
+ P 光刻胶
B SiO 2 + N P
C
N+
钝化层
* p- 轻掺杂漏注入
1．第六层掩膜(光刻6) “p-轻掺杂注入”
86
2．p- LDD注入
BF2注入
87
五．侧墙的形成
1．淀积二氧化硅
88
2．二氧化硅反刻
用各向异性等离子刻蚀机进行侧墙反刻
89
六．源/漏注入工艺 * n+ 源/漏注入
1．第七层掩膜(光刻7) “n+源/漏注入”
90
2．n+源漏注入
34
淀积氮化硅
光刻有源区
场区氧化
去除氮化硅及二氧化硅
长栅氧
淀积多晶硅
35
掩膜3 ：光刻多晶硅
光刻多晶硅
36
掩膜4 ：P+区光刻
1、P+区光刻 2、离子注入B+，栅区有多晶 硅做掩蔽，称为硅栅自对准工艺。 3、去胶
B+
P+区光刻
37
掩膜5 ： N+区光刻
1、N+区光刻 2、离子注入P+ 3、去胶
71
2. 氮化硅淀积
Si3N4 （做为坚固的掩膜材料，有助于STI 氧化物淀积过程中保护有源区；CMP过程 中充当抛光的阻挡材料）
72
3.第三层
掩膜(光刻3) “浅槽隔离”
73
4. STI槽刻蚀
在外延层上选择刻蚀开隔离区
74
5.去光刻胶
75
*B: STI氧化物填充 1. 沟槽衬垫氧化硅
（改善硅与沟槽填充氧化物之间的界面特性）
22
n 沟 MOS （NMOS）
Qss qN A d max 2kT N A VTn ln - ms Cox Cox q ni Qss 1 2kT N A 1/2 [2 εε 0 s NA ( 2Ψ F ) ] ln - ms Cox Cox q ni
划片
41
2) 简化N阱CMOS 工艺演示
42
N阱CMOS芯片剖面示意图
N阱CMOS芯片剖面示意图见下图。
43
氧化层生长
氧化层
光刻1，刻N阱掩膜版
P-SUB
44
曝光
光刻胶
掩膜版
光刻1，刻N阱掩膜版
45
氧化层的刻蚀
光刻1，刻N阱掩膜版
46
N阱注入
光刻1，刻N阱掩膜版
47
形成N阱
P-SUB
N阱
P+ P-Sub
P N+ N-
P+
P N+
N-
P+
9
8.第六次光刻——金属化内连线光刻
蒸镀金属
反刻金属
P+ P-Sub