精品课程IC原理集成电路的基本制造工艺
集成电路的基本制造工艺PPT培训课件
二氧化硅、氧化铝等是集成电路制造中常用的介质材料，用于隔离不同器件和层间绝缘。
氧化物
氮化硅、氮化硼等是具有高硬度、高熔点和高化学稳定性的介质材料，常用于保护和钝化表面。
氮化物
介质材料
金属材料
铜
铜是目前集成电路中主要的互连材料，具有低电阻、高可靠性等优点。
铝
铝是早期集成电路中常用的互连材料，具有成本低、延展性好等优点。
详细描述
集成电路的发展历程
集成电路的应用领域
总结词：集成电路的应用领域非常广泛，包括通信、计算机、消费电子、工业控制、医疗器械等。随着技术的不断发展，集成电路的应用领域还将不断扩大。
02
集成电路制造工艺流程
前道工艺流程
通过物理或化学气相沉积等方法在衬底上形成薄膜，作为集成电路的基本材料。
利用光刻胶和掩膜板，将设计好的电路图案转移到衬底上。
合金材料
金、银、铂等贵金属和铜、镍等贱金属的合金材料在集成电路制造中也有应用，用于提高器件性能和可靠性。
光刻胶是集成电路制造中最关键的材料之一，用于图形转移和掩膜。
光刻胶
研磨料用于表面处理和研磨，以实现平滑和洁净的表面。
研磨料
其他材料
04
集成电路制造设备与技术
光刻设备
用于将电路图案转移到晶圆片上，包括曝光机和光刻机等。
制造设备
随着集成电路的集成度不断提高，制程技术不断向纳米级别发展，目前已经达到纳米级别。
纳米制程技术
新型材料如碳纳米管、二维材料等在集成电路制造中的应用逐渐增多，为集成电路的发展提供了新的可能性。
新型材料应用
通过将多个芯片堆叠在一起，实现更高速的信号传输和更低的功耗，成为集成电路制造技术的重要发展方向。
3.集成电路芯片制造的基本工艺流程
3.集成电路芯片制造的基本工艺流程
1.制作晶圆。
使用晶圆切片机将硅晶棒切割出所需厚度的晶圆。
2.晶圆涂膜。
在晶圆表面涂上光阻薄膜，该薄膜能提升晶圆的抗氧化以及耐温能力。
3.晶圆光刻显影、蚀刻。
使用紫外光通过光罩和凸透镜后照射到晶圆涂膜上，使其软化，然后使用溶剂将其溶解冲走，使薄膜下的硅暴露出来。
4.离子注入。
使用刻蚀机在裸露出的硅上刻蚀出N阱和P阱，并注入离子，形成PN结（逻辑闸门）；然后通过化学和物理气象沉淀做出上层金属连接电路。
5.晶圆测试。
经过上面的几道工艺之后，晶圆上会形成一个个格状的晶粒。
通过针测的方式对每个晶粒进行电气特性检测。
6.封装。
将制造完成的晶圆固定，绑定引脚，然后根据用户的应用习惯、应用环境、市场形式等外在因素采用各种不同的封装形式；同种芯片内核可以有不同的封装形式。
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。
集成电路的基本制造工艺
涂胶—烘烤---掩膜（曝光）---显影---坚膜—蚀刻—清洗 —去膜--清洗—N+扩散(P)
外延层淀积
VPE（Vaporous phase epitaxy) 气相外延生长硅 SiCl4+H2→Si+HCl 外延层淀积时考虑的设计 主要参数是外延层电阻率 和外延层厚度 Tepi>Xjc+Xmc+TBL-up+tepi-ox
第四次光刻—N+发射区扩散孔
集电极和N型电阻的接触孔；Al-Si 欧姆接触：ND≥10e19cm-3
SiO2
N+-BL
N+-BL
P
去SiO2—氧化--涂胶—烘烤---掩膜（曝光）---显影---坚膜 —蚀刻—清洗—去膜—清洗—扩散
第五次光刻—引线接触孔
SiO2
N+-BL
P-SUB
SiO2
N+-BL
P-SUB
N+-BL
第二次光刻—P+隔离扩散孔
N+-BL P+ P+ 在衬底上形成孤立的外延层岛,实现元件的隔离
P+
N-epi
N-epi
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
N+-BL
P-SUB
N+-BL
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)
横向PNP晶体管刨面图
PNP P+ P P
P+
N
P
PNP
P
N
p+
C
B
E
纵向PNP晶体管刨面图
集成电路的制造工艺与特点
集成电路的制造工艺与特点集成电路（Integrated Circuit，简称IC）是现代电子技术的核心和基础，广泛应用于各个领域。
制造一颗集成电路需要经历多道复杂的工艺流程，下面将详细介绍集成电路的制造工艺与特点。
一、制造工艺步骤：1.掺杂：首先，将硅片（制造IC的基础材料）通过掺杂工艺，添加特定的杂质元素，如硼、磷等。
掺杂过程中，杂质元素会改变硅片的电学性质，形成P型或N 型半导体材料。
2.沉积：接下来，将制造IC所需的氧化层或其他特殊材料沉积在硅片表面。
这些材料可以保护芯片，也可以作为电气隔离层或其他功能层。
3.光刻：在硅片上涂上光刻胶，并通过光刻机器曝光、显影、清洗等步骤，将设计好的电路图案转移到光刻胶上。
然后，根据光刻胶的图案，在硅片上进行蚀刻或沉积等处理。
4.蚀刻：利用蚀刻工艺，在未被光刻胶保护的区域上去除多余的材料。
蚀刻可以采用化学腐蚀或物理蚀刻等方法。
5.离子注入：通过离子注入工艺，将特定的杂质元素注入硅片中，以改变硅片的电学性质。
这个过程可以形成导线、二极管、晶体管等功能器件。
6.金属化：在硅片上涂上金属层，以形成电路的金属导线。
经过一系列的金属化工艺，如光刻、蚀刻等，可以形成复杂的电路连接。
7.封装：将完成的芯片连接到封装基板上，通过线缆与外部器件连接。
封装的目的是保护芯片，并提供外部电路与芯片之间的连接。
8.测试：对制造完成的芯片进行测试，以确保其性能和质量符合设计要求。
测试可以包括功能测试、可靠性测试等多个方面。
二、制造工艺特点：1.微小化：集成电路的制造工艺趋向于微小化，即将电路的尺寸缩小到纳米级别。
微小化可以提高电路的集成度，减小体积，提高性能，并降低功耗和成本。
2.精密性：制造集成电路需要高度精密的设备和工艺。
尺寸误差、浓度误差等都可能影响电路的功能和性能。
因此，工艺步骤需要严格控制，以确保芯片的准确性和一致性。
3.多工艺组合：集成电路的制造通常需要多种不同的工艺组合。
集成电路的基本制造工艺
集成电路的基本制造工艺
内容多样，条理清晰
一、介绍
集成电路（Integrated Circuit，简称IC）是由大量集成电路元件、连接件、封装材料及其它辅助组件所组成，具有一定功能的电路，它将一
整套电路功能集成在一块微小的半导体片上，以微小的面积实现原来繁杂
的电路的功能，是1958年法国发明家约瑟夫·霍尔发明的结果，后经过
不断发展，已成为当今电子技术发展的核心产品。
二、制造工艺
1.半导体基材准备
半导体基材是制造集成电路的重要组成部分，制造基材的原材料主要
是晶圆，晶圆具有半导体特性，可用于加工成成型小型集成电路，晶圆的
基材制作工艺分为光刻、热处理和清洗三个步骤。
a.光刻
光刻的主要作用是将晶圆表面拉伸形成镜面，具体过程是将晶圆表面
上要制作的电路图案在晶圆上曝光，然后漂白，最后将原有晶圆形成的电
路图案抹去，晶圆表面上形成由其他物质覆盖的晶粒。
b.热处理
热处理是将晶圆暴露在高温环境中，内部离子的运动数量增加，使晶
体结构变化，以及晶粒的大小增加。
这样晶圆表面就可以形成由可控制的
晶体构造来定义的复杂电路模式。
c.清洗。
集成电路ic--芯片制造工艺的八大步骤
集成电路ic--芯片制造工艺的八大步骤集成电路（Integrated Circuit，IC）是现代电子技术的核心组成部分，广泛应用于计算机、通信、消费电子等领域。
IC的制造工艺涉及多个步骤，以下将详细介绍其八大步骤。
第一步，晶圆制备。
晶圆是IC制造的基础，它通常由高纯度的硅材料制成。
首先，将硅材料熔化，然后在石英坩埚中拉制出大型硅棒。
接着，将硅棒锯成薄片，形成晶圆。
第二步，沉积。
沉积是指在晶圆表面上沉积一层薄膜，用于制作电路的不同部分。
常用的沉积方法包括化学气相沉积和物理气相沉积。
通过这一步骤，可以形成绝缘层、导体层等。
第三步，光刻。
光刻是一种利用光敏物质的特性进行图案转移的技术。
首先，在晶圆表面涂覆光刻胶，然后使用掩膜板将光刻胶进行曝光，形成所需的图案。
接着，用化学液体将未曝光的部分去除，留下所需的图案。
第四步，蚀刻。
蚀刻是指将多余的材料从晶圆表面去除，以形成所需的结构。
蚀刻方法主要有湿法蚀刻和干法蚀刻两种。
通过这一步骤，可以制作出电路的导线、晶体管等元件。
第五步，离子注入。
离子注入是将特定的杂质离子注入晶圆表面，以改变材料的导电性能。
通过控制离子注入的能量和剂量，可以形成导电性能不同的区域，用于制作场效应晶体管等元件。
第六步，金属化。
金属化是将金属材料沉积在晶圆表面，形成电路的导线和连接器。
常用的金属化方法包括物理气相沉积和电镀。
通过这一步骤，可以形成电路的互连结构。
第七步，封装测试。
封装是将晶圆切割成独立的芯片，并封装到塑料或陶瓷封装中，以保护芯片并便于安装和使用。
测试是对封装好的芯片进行功能和可靠性测试，以确保芯片的质量。
第八步，成品测试。
成品测试是对封装好的芯片进行全面测试，以验证其功能和性能是否符合设计要求。
测试包括逻辑测试、温度测试、可靠性测试等。
通过这一步骤，可以筛选出不合格的芯片，确保只有优质的芯片进入市场。
以上就是集成电路IC制造工艺的八大步骤。
每个步骤都至关重要，缺一不可。
集成电路的基本制造工艺教材
集成电路的基本制造工艺教材引言集成电路（Integrated Circuit, IC）是现代电子技术领域的重要组成部分。
它将大量的电子元器件集成在一个微小的芯片上，具有体积小、功耗低、集成度高和可靠性好等优势。
为了掌握集成电路的制造工艺，我们需要了解其基本概念、制造流程以及常见工艺参数，并掌握常用的工艺设备和材料。
本教材旨在介绍集成电路的基本制造工艺，包括工艺概述、晶体管制造、金属互连、表面处理和工艺参数等内容。
工艺概述什么是集成电路制造工艺集成电路制造工艺是指将集成电路从单晶硅片开始的各个制造工序，通过一系列的工艺操作和步骤，将电子元器件逐步形成在硅片上的过程。
它包括晶体管制造、金属互连、表面处理等工艺步骤。
工艺流程集成电路的制造工艺流程可以分为以下几个主要步骤：1.准备晶圆：选择合适的硅片作为晶圆，进行清洗、去氧化等处理。
2.生长氧化层：使用热氧化或化学气相沉积方法，在硅片表面生长一层氧化硅薄膜。
3.形成掩膜：使用光刻技术，在氧化层上涂覆光刻胶，然后通过曝光和显影将光刻胶形成所需的图案。
4.沉积材料：使用物理或化学方法，在开放的区域上沉积金属或半导体材料。
5.刻蚀材料：使用干法或湿法刻蚀技术，去除不需要的材料，形成所需的结构。
6.清洗和检测：清洗芯片表面，去除残留物，然后使用检测设备对芯片进行测试和验证。
7.封装和测试：将芯片封装成完整的芯片组件，并进行功率测试、功能测试等。
晶体管制造基本构造晶体管是集成电路中最基本的元器件之一，其制造过程包括以下几个步骤：1.掩膜制备：使用光刻技术将掩膜图案转移到硅片上。
2.掺杂：通过离子注入方法，在硅片上引入杂质，形成N型或P型区域。
3.扩散：将掺杂的杂质通过高温扩散到硅片中。
4.雕刻：使用刻蚀技术去除不需要的杂质，并形成晶体管的构造。
5.金属互连：通过金属层进行电极的连接。
工艺参数晶体管的制造工艺中有一些关键的参数需要注意，它们包括：•掺杂浓度：掺杂浓度决定了晶体管的导电性能，过高或过低的掺杂浓度都会导致器件性能的下降。
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Defect Free Surface by Surface Defect Annealing Map 利用退火消除缺陷
Graphite Heater
石墨加热器Polishing抛光8二、前部工序
Mask 掩膜版
CHIP
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晶圆处理制程
晶圆处理制程之主要工作为在硅晶圆上制作电 路与电子元件（如电晶体管、电容器、逻辑门等）， 为上述各制程中所需技术最复杂且资金投入最多的 过程 ，以微处理器（Microprocessor）为例，其所 需处理步骤可达数百道，而其所需加工机台先进且 昂贵，动辄数千万一台，其所需制造环境为为一温 度、湿度与 含尘（Particle）均需控制的无尘室/超净 间（Clean-Room），虽然详细的处理程序是随著产 品种类与所使用的技术有关；不过其基本处理步骤 通常是晶圆先经过适当的清洗（Cleaning）之後，接 著进行氧化（Oxidation）及沉积，最後进行显影、 蚀刻及离子注入等反覆步骤，以完成晶圆上电路的 加工与制作。
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前部工序的主要工艺
晶圆处理制程（Wafer Fabrication；简称 Wafer Fab） 1. 图形转换：将设计在掩膜版(类似于照相底片)上的图 形转移到半导体单晶片上 2. 掺杂：根据设计的需要，将各种杂质掺杂在需要的 位置上，形成晶体管、接触等 3. 制膜：制作各种材料的薄膜
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集成电路工艺
1
1.1 硅衬底材料的制备
任何集成电路的制造都离不开衬底材 料—单晶硅。制备单晶硅有两种方法：悬 浮区熔法和直拉法。
悬浮区熔法是在20世纪50年代提出看 并很快被应用到晶体制备技术中。用这种 方法制备的单晶硅的电阻率非常高，特别 适合制作电力电子器件。目前悬浮区熔法 制备的单晶硅仅占有很小的市场份额。
4
生长硅单晶炉示意图
5
把块状多晶硅放入坩埚内加热到 1440℃再次熔化。为了防 止硅在高温下被氧化，坩埚内被抽成真空并注入惰性气体氩气。 之后用纯度 99.7% 的钨丝悬挂“硅籽晶”探入熔融硅中，以 2~20转/分钟的转速及 3~10毫米/分钟的速率从熔液中将单晶硅 棒缓慢拉出。这样就会得到一根纯度极高的单硅晶棒，理论上 最大直径可达45厘米，最大长度为3米。
图形转换：
光刻：接触光刻、接近光刻、投影光刻、电子 束光刻
刻蚀：干法刻蚀、湿法刻蚀
掺杂：
离子注入 退火 扩散
制膜：
氧化：干氧氧化、湿氧氧化等 CVD：APCVD、LPCVD、PECVD PVD：蒸发、溅射
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三、后部封装 （在另外厂房）
（1）背面减薄
（2）划片、掰片
（3）粘片
（4）压焊：金丝球焊
（5）切筋
第1章 硅集成电路工艺
1.1 硅衬底材料的制备 1.2 硅集成电路制造工艺
1.2.1 集成电路加工过程简介 1.2.2 图形转换（光刻与刻蚀工艺） 1.2.3 掺杂工艺（扩散与离子注入）
1.3 集成电路生产线 1.4 集成电路封装 1.5 集成电路工艺小结
1.6 集成电路的基本制造工艺 流程 （见教材第1章）
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制版的目的就是产生一套分层的版图掩模， 为将来进行图形转移，即将设计的版图转移到 硅片上去做准备。
制版是通过图形发生器完成图形的缩小和 重复。在设计完成集成电路的版图以后，设计 者得到的是一组标准的制版数据，将这组数据 传送给图形发生器(一种制版设备)，图形发生 器（PG-pattern generator）根据数据，将设 计的版图结果分层的转移到掩模版上(掩模版 为涂有感光材料的优质玻璃板)，这个过程叫 初缩。
（6）整形
（7）封装
（8）沾锡：保证管脚的电学接触
（9）老化
（10）成测
（11）打字、包装
划片
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金丝 劈
加热
压焊
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版图与制版
设计与工艺制造之间的接口是版图。什么是 版图？它是一组相互套合的图形，各层版图相应 于不同的工艺步骤，每一层版图用不同的图案来 表示。版图与所采用的制备工艺紧密相关。
在计算机及其VLSI设计系统上设计完成的集 成电路版图还只是一些图像或(和)数据，在将设 计结果送到工艺线上实验时，还必须经过一个重 要的中间环节：制版。所以，在介绍基本的集成 电路加工工艺之前，先简要地介绍集成电路加工 的掩模(Masks)及其制造。 通常我们看到的器件 版图是一组复合图，这个复合图实际上是由若干 个分层图形叠合而成，这个过程和印刷技术中的 套印技术非常相像。
2
随着超大规模集成电路的不 断发展，不但要求单晶硅的尺寸 不断增加，而且要求所有的杂质 浓度能得到精密控制，而悬浮区 熔法无法满足这些要求，因此， 直拉法制备的单晶硅越来越多地 被人们所采用。目前市场上的单 晶硅绝大部分是采用直拉法制备 得到的。
3
矽/硅晶圓材料（Wafer）
圓晶是制作矽半导体IC所用之矽晶片，狀 似圓形，故稱晶圓。材料是「矽」， IC （Integrated Circuit）工厂用的矽晶片即為矽 晶体，因為整片的矽晶片是單一完整的晶体， 故又稱為單晶体。但在整体固态晶体內，眾多 小晶体的方向不相，則為复晶體（或多晶体）。 生成單晶体或多晶体与晶体生長時的溫度，速 率与雜質都有關系。
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1.2.2 图形转换（光刻与刻蚀工艺）
光刻是加工集成电路微图形结构的关键工艺技
术，通常，光刻次数越多，就意味着工艺越复杂。 另—方面，光刻所能加工的线条越细，意味着工艺 线水平越高。光刻工艺是完成在整个硅片上进行开 窗的工作。
晶体生长
Crystal Growth
硅晶体
Si Crystal
晶圆制作
Wafering
Slicing 切片
高温退火
退火后的晶圆
High Temp. Annealing
Annealed Wafer
(Surface Improvement）
（改善表面）
Furnace
退火炉
Si Melt
熔硅
抛光片
Polished Wafer
6
1.2 集成电路制造工艺 1.2.1 集成电路加工过程简介
一、硅片制备（切、磨、抛）
*圆片（Wafer）尺寸与衬底厚度： 3— 0.4mm 5— 0.625mm 4— 0.525mm 6— 0.75mm
硅片的大部分用于机械支撑。
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晶圆退火工艺流程
Process Flow of Annealed Wafer