集成电路工艺简介
集成电路主要工艺技术
集成电路主要工艺技术集成电路主要工艺技术是指将多个电子器件、电路及相应的连接线等组合在一块半导体晶片上的制造工艺。
集成电路工艺技术是现代电子工业的基础，其发展对于推动电子信息技术的进步起到了重要的推动作用。
集成电路主要工艺技术可以分为几个方面，包括：晶圆制备、光刻、化学腐蚀、沉积、离子注入、扩散、退火、金属化、切割、封装等。
晶圆制备是集成电路制造的第一步。
晶圆是一片由单晶硅材料制成的圆片，其表面被涂覆上一层绝缘材料。
晶圆制备的主要步骤包括原料准备、晶体生长、修整和切割等。
原料准备是指将硅原料经过精细处理后，制备成高纯度的硅棒。
晶体生长是将硅棒通过熔融法或气相沉积法在晶体炉中进行生长，得到单晶硅圆片。
修整是对晶圆进行修整，使其达到所需的尺寸和平整度要求。
切割则是将晶圆切割成所需的大小。
光刻是集成电路制造中的关键工艺之一。
光刻技术是利用光敏胶和光刻胶进行图形转移的过程。
光刻的主要步骤包括光刻胶涂布、预烘烤、曝光、显影和后烘烤等。
光刻胶涂布是将光刻胶均匀涂布在晶圆表面，形成一层薄膜。
预烘烤是将涂布好的光刻胶加热一定时间，使其变得干燥。
曝光是将待刻蚀的图形通过光源照射在光刻胶上，形成图形。
显影是将暴露在光源下的部分光刻胶溶解掉，形成模板。
后烘烤是将显影后的晶圆加热一段时间，使光刻胶固化。
化学腐蚀是将不需要的材料溶解掉的工艺步骤。
化学腐蚀的过程是将晶圆浸泡在腐蚀液中，使不需要的材料被腐蚀掉，而保留下来的材料则形成所需的结构。
化学腐蚀的主要方法有湿法腐蚀和干法腐蚀。
湿法腐蚀是指将晶圆浸泡在腐蚀液中，通过化学反应溶解掉不需要的材料。
干法腐蚀是在真空或气氛控制下，通过化学反应将不需要的材料氧化或还原为易溶解的产物。
沉积是将需要的材料沉积到晶圆表面的工艺步骤。
沉积的主要方法有物理气相沉积和化学气相沉积。
物理气相沉积是通过将材料加热到一定温度，使其蒸发并沉积在晶圆表面上。
化学气相沉积是通过将气体中的材料通过化学反应使其变为固态，并沉积在晶圆表面上。
半导体工艺原理-集成电路制造工艺介绍
GND
Vi
T
Vo
R VDD
23
二）、MOS集成电路芯片制 造工艺
（N阱硅栅CMOS工艺）
24
1、CMOS工艺中的元器件结构
电阻
NSD和PSD电阻结构剖面图
25
多晶硅电阻结构剖面图
26
N阱电阻结构剖面图
27
电容
CMOS工艺中PMOS晶体管电容剖面图
28
CMOS工艺中N阱电容剖面图
29
多晶硅-多晶硅电容器剖面图
双极工艺主要分类
3
CMOS
●标准CMOS工艺（数字电路的主流工艺 技术）特点：互补的NMOS、PMOS，工 艺流程简单，集成度高
●模拟CMOS工艺（应用最广泛的模拟IC 工艺）特点：在标准CMOS的基础上集成 高品质的无源器件，此外对阈值电压精度 和耐压的要求更高
●RF CMOS（RF IC） 特点：依靠缩小光刻尺寸提高MOS晶体管 的速度，集成模拟IC所必需的高品质无源 器件
30
二极管
PSD/N阱齐纳二极管剖面图
31
PSD保护环肖特基二极管剖面图
32
MOS晶体管
N阱CMOS工艺中MOS晶体管剖面图
33
P阱CMOS工艺中MOS晶体管剖面图
34
双阱CMOS工艺中MOS晶体管剖面图
35
2、主要工艺流程图
36
衬底准备
P型单晶片
P+/P外延片
37
工艺流程：
氧化、光刻N-阱(nwell)
NBL
NSINK
P阱
PBL
57
●BCD（智能功率集成芯片） 特点：在BiCMOS优势的基础上再集成 DMOS等功率器件，是智能功率芯片的理 想工艺平台
集成电路基本制造工艺
– Na、K、Fe、Cu、Au 等元素 – 扩散系数要比替位式扩散大6～7个数量级 – （绝对不许用手摸硅片—防止Na+沾污。）30
Sc
Sc
xJ
xJ
立体图
柱面
平面 球面
横向扩展宽度=0.8xj
剖面图
杂质横向扩散示意图
31
离子注入
离子注入是另一种掺杂技术，离子 注入掺杂也分为两个步骤：离子注入和 退火再分布。离子注入是通过高能离子 束轰击硅片表面，在掺杂窗口处，杂质 离子被注入硅本体，在其他部位，杂质 离子被硅表面的保护层屏蔽，完成选择 掺杂的过程。进入硅中的杂质离子在一 定的位置形成一定的分布。通常，离子 注入的深度(平均射程)较浅且浓度较大， 必须重新使它们再分布。掺杂深度由注 入杂质离子的能量和质量决定，掺杂浓 度由注入杂质离子的数目(剂量)决定。
27
1.2.3 掺杂工艺（扩散与离子注入）
通过掺杂可以在硅衬底上形成不同类型的半导体区
域，构成各种器件结构。掺杂工艺的基本思想就是通过 某种技术措施，将一定浓度的Ⅲ价元素，如硼，或Ⅴ价 元素，如磷、砷等掺入半导体衬底。
D
G
S
G
D
S
Al
SiO2
N
N
P-si
28
掺杂：将需要的杂质掺入特定的 半导体区域中，以达到改变半导 体电学性质，形成PN结、电阻、 欧姆接触
湿法刻蚀：利用液态化学试剂或溶液通过化 学反应进行刻蚀的方法。
干法刻蚀：主要指利用低压放电产生的等离子 体中的离子或游离基(处于激发态的分子、原子 及各种原子基团等)与材料发生化学反应或通过 轰击等物理作用而达到刻蚀的目的。
26
集成电路制造流程过程中的主要工艺
集成电路制造流程过程中的主要工艺随着集成电路技术不断发展，制造过程也得到了不断改进。
集成电路的制造过程包括许多工艺流程，其中主要的工艺包括晶圆加工、光刻、扩散、离子注入、薄膜沉积、蚀刻和封装等。
下面将介绍这些主要工艺的流程和作用。
1. 晶圆加工晶圆加工是制造集成电路的第一步。
在此过程中，对硅晶片进行切割、抛光和清洗处理。
这些步骤确保晶圆表面平整、无污染和精确尺寸。
2. 光刻光刻是制造集成电路的核心技术之一。
它使用光刻机在晶圆表面上投射光芯片的图案。
胶片上的图案经过显影、清洗和烘干处理后，就能形成光刻图形。
光刻工艺的精度决定了集成电路的性能和功能。
3. 扩散扩散是将掺杂物渗透到晶片中的过程。
在这个过程中，将掺杂物“扩散”到硅晶片表面形成p型或n型区域。
这些区域将形成电子元件的基础。
4. 离子注入离子注入是另一种使掺杂物进入硅晶片的方法。
此过程中，掺杂物离子通过加速器注入晶片中。
此方法的优点是能够精确地控制掺杂量和深度。
5. 薄膜沉积在制造集成电路时，需要在晶片表面上沉积各种薄膜。
例如，氧化层、金属层和多晶硅层等。
这些层的作用是保护、连接和隔离电子元件。
6. 蚀刻蚀刻是将薄膜层和掺杂物精确刻划成所需要的形状和尺寸。
这个过程使用化学液体或气体来刻划出薄膜层的形状，以及掺杂物的深度和形状。
7. 封装在制造集成电路的过程中，需要将晶片封装在塑料或陶瓷壳体内。
这个过程是为了保护晶片不受到机械冲击和环境的影响。
同时，封装过程还能为集成电路提供引脚和电气连接。
综上所述，以上是集成电路制造过程中的主要工艺。
这些工艺流程的精度和效率决定了集成电路的性能和功能。
随着技术的不断进步和创新，集成电路的制造过程也会不断改进和优化。
集成电路制造工艺
集成电路制造工艺
一、集成电路(Integrated Circuit)制造工艺
1、光刻工艺
光刻是集成电路制造中最重要的一环，其核心在于成膜工艺，这一步
将深受工业生产，尤其是电子产品的发展影响。
光刻工艺是将晶体管和其
它器件物理分开的技术，可以生产出具有高精度，高可靠性和低成本的微
电子元器件。
a.硅片准备：在这一步，硅片在自动化的清洁装置受到清洗，并在多
次乳液清洗的过程中被稀释，从而实现高纯度。
b.光刻：在这一步，光刻技术中最重要的参数是刻蚀精度，其值很大
程度上决定着最终的制造成本和产品的质量。
光刻体系中有两个主要部分：照明系统和光刻机。
光刻机使用一种特殊的光刻液，它可以将图形转换成
光掩膜，然后将它们转换成硅片上的图形。
在这一步，晶圆上的图像将逐
步被清楚的曝光出来，刻蚀精度可以达到毫米的程度。
c.光刻机烙印：在这一步，将封装物理图形输出成为光刻机可以使用
的信息，用于控制光刻机进行照明和刻蚀的操作。
此外，光刻机还要添加
一定的标识，以方便晶片的跟踪。
2、掩膜工艺
掩膜工艺是集成电路制造的一个核心过程。
它使用掩模薄膜和激光打
击设备来将特定图案的光掩膜转换到晶圆上。
使用的技术包括激光掩膜、
紫外光掩膜等。
集成电路制造工艺流程介绍
集成电路制造工艺流程介绍1. 晶圆生长：制造过程的第一步是晶圆生长。
晶圆通常是由硅材料制成，通过化学气相沉积（CVD）或单晶硅引入熔融法来生长。
2. 晶圆清洗：晶圆表面需要进行清洗，以去除可能存在的污染物和杂质，以确保后续工艺步骤的成功进行。
3. 光刻：光刻是制造过程中非常关键的一步。
在光刻过程中，先将一层光刻胶涂覆在晶圆表面，然后使用光刻机将芯片的设计图案投影在晶圆上。
接着，进行光刻胶显影，将未受光的部分去除，留下所需的图案。
4. 沉积：接下来是沉积步骤，通过CVD或物理气相沉积（PVD）将金属、氧化物或多晶硅等材料沉积在晶圆表面上，以形成导线、电极或其他部件。
5. 刻蚀：对沉积的材料进行刻蚀，将不需要的部分去除，只留下所需的图案。
6. 接触孔开孔：在晶圆上钻孔，形成电极和导线之间的接触孔，以便进行电连接。
7. 清洗和检验：最后，对晶圆进行再次清洗，以去除可能残留的污染物。
同时进行严格的检验和测试，确保芯片质量符合要求。
以上是一个典型的集成电路制造工艺流程的简要介绍，实际的制造过程可能还包括许多其他细节和步骤，但总的来说，集成电路制造是一个综合了多种工艺和技术的高精度制造过程。
集成电路（Integrated Circuit，IC）制造是一项非常复杂的工艺，涉及到材料科学、化学、物理、工程学和电子学等多个领域的知识。
在这个过程中，每一个步骤都至关重要，任何一个环节出错都可能导致整个芯片的质量不达标甚至无法正常工作。
以下将深入介绍集成电路的制造工艺流程及相关的技术细节。
8. 电镀：在一些特定的工艺步骤中，需要使用电镀技术来给芯片的表面涂覆一层导电材料，如金、铜或锡等。
这些导电层对于芯片的整体性能和稳定性非常重要。
9. 封装：制造芯片后，需要封装芯片，以保护芯片不受外部环境的影响。
封装通常包括把芯片封装在塑料、陶瓷或金属外壳内，并且接上金线用以连接外部电路。
10. 测试：芯片制造完成后，需要进行严格的测试。
集成电路四大基本工艺
集成电路是一种微型化的电子器件，其制造过程需要经过多个复杂的工艺流程。
其中，氧化、光刻、掺杂和沉积是集成电路制造中的四大基本工艺。
首先，氧化工艺是在半导体片上形成一层绝缘层，以保护芯片内部的电路。
这一步骤通常使用氧气或水蒸气等氧化物来进行。
通过控制氧化层的厚度和质量，可以确保芯片的可靠性和稳定性。
其次，光刻工艺是将掩膜版上的图形转移到半导体晶片上的过程。
该工艺主要包括曝光、显影和刻蚀等步骤。
在曝光过程中，光线通过掩膜版照射到晶片表面，使光敏材料发生化学反应。
然后，显影剂将未曝光的部分溶解掉，留下所需的图案。
最后，刻蚀剂将多余的部分去除，得到所需的形状和尺寸。
第三，掺杂工艺是根据设计需要，将各种杂质掺杂在需要的位置上，形成晶体管、接触电极等元件。
该工艺通常使用离子注入或扩散等方法来实现。
通过精确控制掺杂的深度和浓度，可以调整材料的电学性质，从而实现不同的功能。
最后，沉积工艺是在半导体片上形成一层薄膜的过程。
该工艺通常使用化学气相沉积(CVD)或物理气相沉积(PVD)等方法来实现。
通过控制沉积的条件和参数，可以得到具有不同结构和性质的薄膜材料。
这些薄膜材料可以用于连接电路、形成绝缘层等功能。
综上所述，氧化、光刻、掺杂和沉积是集成电路制造中的四大基本工艺。
这些工艺相互配合，共同构成了集成电路复杂的制造流程。
随着技术的不断进步和发展，这些工艺也在不断地改进和完善，为集成电路的发展提供了坚实的基础。
集成电路三大核心工艺技术
集成电路三大核心工艺技术集成电路（Integrated Circuit，IC）是将电子元器件（如晶体三极管、二极管等）及其元器件间电路线路集成在一片半导体晶圆上的电子器件。
它的核心工艺技术主要包括晶圆加工工艺、印刷工艺以及封装工艺。
晶圆加工工艺是指对半导体晶圆进行切割、清洗、抛光等处理，形成器件所需要的晶圆片。
其中，切割工艺是将晶体生长过程中形成的硅棒切割成特定的薄片晶圆，通常采用钻石刀进行切割。
清洗工艺则是将晶圆片进行化学清洗，以去除表面的污染物和杂质。
抛光工艺是对晶圆片进行抛光处理，以平整晶圆表面。
印刷工艺是将电子元器件的电路线路印刷在晶圆上，形成集成电路的功能电路。
其中，最常用的是光刻工艺。
光刻工艺是将光刻胶涂在晶圆上，然后通过光刻机将设计好的电路图案投射在光刻胶上，形成光刻胶图案。
然后，用化学溶液浸泡晶圆，使得光刻胶图案中的未暴露部分被溶解掉，形成电路图案。
此外，还有电子束曝光和X射线曝光等印刷工艺。
封装工艺是将半导体芯片密封在封装盒中，以保护芯片，并方便与外部连接。
常用的封装工艺有直插封装、贴片封装和球栅阵列封装（BGA）等。
其中，直插封装是通过铅脚将芯片插入插座中，然后通过焊接来固定芯片。
贴片封装是将芯片贴在封装基片上，然后通过焊接或导电胶来连接芯片和基片。
球栅阵列封装是将芯片翻转面朝下，焊接在基片上，并通过小球连接芯片和基片。
总结来说，集成电路的核心工艺技术主要包括晶圆加工工艺、印刷工艺以及封装工艺。
通过这些工艺，我们能够制造出高度集成、小型化的集成电路，为电子产品的发展提供了强大的支持。
随着科技的不断进步，集成电路的工艺技术也在不断发展，为我们的生活带来越来越多的便利和创新。
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EBX2000电子束蒸发台
Varian3180溅射台
MARK50电子束蒸发台
D钝化
• 在集成电路制作好以后，为了防制外部 杂质，如潮气、腐蚀性气体、灰尘侵入 硅片，通常在硅片表面加上一层保护膜， 称为钝化。
谢谢大家！
这是由于硅溶解到铝中，特别是在几个点上大量溶解形成的。 它使铝像尖钉一样刺入硅中，造成PN结的短路失效。
互连线在接触孔处的纵向结构
硅集成电路的金属化系统
金属化互连技术
金属化系统
金属化互连线分为两大类：
(1) 以铝为主的金属化系统，可以不加接触层、粘附层和 阻挡层等，工艺简单，容易与铝丝键合，产品价格低廉，因而 获得了广泛的使用。但抗电迁移能力差。
18
Hale Waihona Puke TMX9000氢氧合成炉NV10-160大束流离子注入机
B 光刻
概述
1、光刻是一种表面加工技术； 2、光刻是复印图象和化学腐蚀相结合的综合性技术；
光刻工艺流程
1、涂胶、前烘：
2、曝光： 3、显影、坚膜： 4、腐蚀： 5、去胶：
光刻流程：
光刻胶
1、涂胶(涂布)
SiO2
光源
硅片
透镜
2、对准、曝光
符合上述要求的最佳金属材料是铝（Al）。缺点主要 电迁移问题； 硅在铝中扩散以引起铝在Al/Si界面向硅中楔进和耐腐蚀 性等问题。 解决办法：采取Al-Si、 Al-Si-Cu合金； Pt-Si、 Pb-Si; TiW、TiN等。
三、金属化互连系统中的失效及改进措施 1、铝尖楔现象（结穿刺现象）
A
氧化
氧化工艺是半导体器件和集成电路制造中的最基本工艺。 它的主要目的和用途是：
•杂质扩散或离 子注入的掩蔽 膜-选择性扩散
SiO2
12
定义：
所谓氧化是指Si原子与O原子结合形成SiO2的过程。为满足半导体和集成电路生长的要 求，出现了制备膜的多种方法。
机理：
Si+O2→SiO2 Si+H2O→SiO2+2H2↑
硅的热氧化经过了以下几个过程：
•氧气(O2)或水(H2O)等氧化剂，被吸附在SiO2表面；(扩散或吸附) •氧化剂以扩散形式穿过SiO2达到SiO2--Si界面(扩散) •氧化剂在界面处与Si反应形成SiO2(反应) 气体O2或H2O
SiO2
吸附 氧化后 扩散 反应
Si
特点：
氧化前
SiO2 Si Si
氧化膜刻 蚀
h
热氧化膜生长时，并不是堆积在硅 表面，而且要“吃掉”部分硅。这 是热氧化工艺与CVD工艺的主要区别。
13
Si
• 热氧化的基本装置
经过过滤的空气
电阻加热器
硅片 氧化气 体O2或 H2O+携 带气体 熔凝石英舟 至排气管
石英罩
熔凝石英管
排气口
A 扩散（掺杂）技术
掺杂是指用人为的方法，将所需杂质按照要 求的浓度与分布掺入到半导体等材料中，以 达到改变材料电学性质，形成半导体器件的 目的。利用掺杂技术可以制备p-n结、电阻器、 欧姆接触和互连线等等。
集成电路制造工艺简介
王武汉 2012-12-20
主要内容
• • • • 1、电路和集成电路 2、半导体材料及其特性 3、半导体芯片制作 4、半导体芯片制作工艺
A B C D 氧化、扩散 光刻 金属化（布线）
钝化
1、电路和集成电路
电路：由金属导线和电子部件组成的导电回路，称 其为电路。
1、电路和集成电路
连接的接点。
金属化系统和金属化工艺的优劣将影响整个电路的电特性 和可靠性。为提高电路速度与集成度，应尽可能缩短互连线， 或采用多层金属化系统。
对金属化系统的要求
1、电导率高，能提供低阻的互连引线； 2、与N+ 硅、P+ 硅或高掺杂多晶硅能形成低阻的欧姆接触； 3、与硅、SiO2的粘附能力强； 4、抗电迁移能力强； 5、抗电化学腐蚀能力强； 6、易于淀积和刻蚀； 7、便于超声或热压键合，且键合点能经受长期工作； 8、多层互连时，层与层之间不互相渗透和扩散。
2、半导体材料及其特性
• 纯度很高的半导体材料称为本征半导体，常温 下其电阻率很高，是电的不良导体。 • 半导体材料的导电性对某些微量杂质极敏感， 可以通过掺杂改变其导电性。 • 杂质半导体靠导带电子导电的称N型半导体， 靠价带空穴导电的称P型半导体。 • N型半导体和P型半导体结合形成PN结。
2、半导体材料及其特性
• PN结具有单向导电性，若外加电压使电 流从P区流到N区，PN结呈低阻性，所以 电流大；反之是高阻性，电流小。
3、半导体芯片制作
•利用半导体材料的特性，采用选择性掺杂的方法， 制作电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和 电感等元件，再布线互连一起，成为具有所需功能 的电路。
二极管和三极管制作流程
化为汽相；（2）汽相原子或分子在真空系统中输运；（3）汽
相原子或分子在衬底上淀积、成核和生长。
电子束蒸发
原理 电子束蒸发是利用阴极电子枪发射出电子，电子束在
电场作用下穿过加速极阳极进入磁场空间，通过调节磁场强度
控制电子束的偏转半径，准确地打到坩埚内的蒸发源上（Al
或 Ti等），将电子的动能转变为热能，使金属熔化并蒸发到
15
离子注入：
离子注入是把掺杂原子离化。然后带电离子被加速，以较高 的能量注入到半导体中。经高温退火后，注入的离子活化引 起施主或受主的作用(使注入离子激活即运动到晶格位置起到 电活性掺杂作用)，并使材料恢复晶体状态(因为剂量很高时 可以使硅单晶严重损伤以至于变成无定形硅)。
16
离子注入
离子注入是把具有一定能量的带电粒子掺入到硅等衬底中。典型的离 子能量是30~300keV，典型的注入剂量是1011~1016离子数/cm2。 离子注入的主要优点在于杂质掺入量可以更加精确控制并且重复性好， 以及加工温度比扩散工艺低。
•集成电路：是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺， 把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等 元件及布线互连一起，成为具有所需电路功能的微型结构；
2、半导体材料及其特性
• 导体:容易导电的物体，叫导体。如：各种金 属，酸碱 盐的水溶液，大地，人体等。 • 绝缘体:不容易导电的物体，叫绝缘体。如： 玻璃，陶瓷，橡胶，塑料等。 • 半导体电导率介于金属与绝缘体之间的材料， 叫半导体。
加速管 控制离子束的可变狭缝
水平扫描器
磁分析器
垂直扫描器
半导体片
离子源
离子注入系统示意图
扩散原理
扩散运动是微观粒子(原子或分子)热运动的统计结果。在一定温度下杂质 原子具有一定的能量，能够克服某种阻力进入半导体，并在其中作缓慢的 迁移运动。 这些杂质原子不是代替硅原子的位置就是处在晶体的间隙中，因此扩散 也就有替位式扩散和间隙式扩散两种方式。 扩散运动总从浓度高的地方向浓度低的地方移动。 从宏观上看，好象有一个力使原子沿着浓度下降的方向运动，运动的快 慢与温度、浓度梯度有关。
SiO2
N
氧化：形成SiO2薄膜 （屏蔽）
光刻：形成扩散窗口
SiO2
N
SiO2
P N
N
扩散：形成P区
SiO2
N
光刻、扩散：形成n区
P
N
9
芯片制造流程
衬底硅片
芯 片 加 工
薄膜形成
氧化
图形形成
光刻 离子注入 扩散
掺杂 金属化
10
4、半导体芯片制作工艺
• A 氧化、扩散 • B 光刻 • C 金属化（布线） • D 钝化
掩模版
光刻胶 SiO2 光刻版
硅片
透镜
3、显影(现 像)(正胶为例)
光刻胶 光刻胶
SiO2
硅片
硅片 23
光刻机
涂胶设备
C 金属化
概述
一、金属化工艺的作用 金属化工艺是根据集成电路的设计要求，将各种晶体管、 二极管、电阻、电容等元器件用金属薄膜线条（互连线）连接 起来，形成一个完整的电路与系统，并提供与电源等外电路相
(2) 以金为主的金属化互连，抗电迁移能力强，特别是采
用金丝球形热压键合，键合点特别牢固，适于特殊要求的高可 靠集成电路。
金属化薄膜的制备
真空蒸发镀膜
真空蒸发技术是对淀积薄膜的源材料施加热能或动能，
使之分解为原子或原子的集合体，并输运到硅片表面后结合或
凝聚在硅片表面而形成薄膜。
蒸发过程：（1）被蒸发物质由凝聚相（固体或液体）转