微电子学概论第四节工艺技术.pdfVIP

Introduction to Microelectronics 第四章 工艺技术 §4.1 集成电路制造技术 §4.2 制造工艺概况 §4.3 硅片制备与控制 §4.4 氧化、淀积和金属化 §4.5 光刻、刻蚀和离子注入 §4.6 化学机械抛光和背面工艺 第四章工艺技术 半导体制造技术的出现可以追溯到世界上发明一个晶体管，半导体集成电路的 诞生是半导体技术发展的重大里程碑。50多年来，半导体工艺技术水平不断提 高，新工艺层出不穷，推动着器件特征尺寸不断缩小，集成度呈指数增长，促进 了产品的性能提高、更新换代和成本降低。 制造微电子器件和集成电路的基本半导体材料是圆形单晶薄片，简称圆片 （wafer ，晶圆）。硅和砷化镓是目前最常用也是最重要的半导体材料。具有特定 功能的器件或电路以单元重复分布制作在圆片上，这些单元称为芯片。完成微电 子器件和集成电路的制作需要在圆片上执行一系列复杂的化学或物理操作，这些 具有特定目的的操作称为工艺。 所谓工艺集成技术，就是如何利用基本的工艺操作制造各种器件和集成电路。 目前单个芯片上可集成晶体管数达17亿只以上，圆片上可形成10~20个图形层，每 一个图形层的制作都会经过薄膜生长或淀积、光刻、刻蚀、去胶等工艺步骤，完 成一个芯片的制造可能花费几周时间和经历数百道工序，其复杂程度可想而知。 §4.1 集成电路制造技术 第四章 工艺技术 半导体产业 半导体产业实际上是一个复杂而庞大的系统。半导体工艺技术最为重要的物 质条件是各种专用加工设备和化学材料及洁净的加工环境。建立一条生产线需要 重大的资金投入。 §4.1 集成电路制造技术 第四章 工艺技术 集成电路芯片 可以在一个硅片上同时制作几十个甚至上百个特定的芯片。芯片也称为管 芯，而硅片通常称为衬底。硅片的直径多年来一直在增大。 §4.1 集成电路制造技术 第四章 工艺技术 集成电路制造步骤 芯片制作涉及5大阶段：硅片制备、硅片制造、硅片测试/拣选、装配与封 装、终测。 §4.1 集成电路制造技术 第四章 工艺技术 硅片制备 在第一阶段，将硅从矿砂中提炼并纯化。经过特殊工艺产生适当直径的硅 锭，然后将硅锭切割成用于制造微芯片的薄硅片。 §4.1 集成电路制造技术 第四章 工艺技术 硅片制造 自硅片开始的微芯片制作是第二阶段，称为硅片制造。硅片经过各种清洗、 成膜、光刻、刻蚀和掺杂步骤，加工完的硅片具有永久刻蚀在硅片上的一整套集 成电路。硅片制造也称微芯片制造或芯片制造。 上世纪80年代以来，设计公司从半导体制造工厂中分离出来（fabless company)， 出现了代工厂（foundry ）模式，这是集成电路产业分工更加专业化的结果。 硅片测试/拣选 硅片制造完成后，硅片被送到测试/拣选区，在那里进行单个芯片的探测和电学 测试。然后拣选出来可接受和不可接受的芯片，并为有缺陷的芯片做标记。 装配与封装 硅片测试/拣选后，进入装配和封装步骤，以便把单个芯片包装在一个保护管壳 内。在装配厂，好的芯片被压焊或抽空形成装配包；稍后，将芯片蜜蜂在塑料或陶 瓷壳内。 §4.1 集成电路制造技术