第一章半导体器件工艺学综述课件

课程安排课程安排n n半导体芯片制造概述n n半导体材料n n氧化n n淀积n n光刻n n刻蚀n n掺杂n n硅平面工艺n n装配与封装第一章半导体芯片制造概述第一章半导体芯片制造概述1-1简介与发展1-2集成电路的分类1-3集成电路工艺基础1-4微芯片的制造环境1-1简介与发展简介与发展一、几个重要发明n n第一个晶体管 1947年 Bell Labsn n第一个商用平面晶体管 1957年 Fairchild n n第一个IC 1958年 TIn n第一个硅IC 1961年 Fairchildn n硅片（衬底，晶圆）：制造电子器件的基本半导体材料 是单晶，圆形，薄片n n半导体器件制作在接近硅片表面几m处 淀积介质层和导电材料隔离或连接器件n n多层布线结构 n n制作两到三个月，完成450道或更多的工艺步骤二、现代的二、现代的IC制造制造加工前的硅片加工前的硅片加工后的硅片加工后的硅片硅芯片的器件和层硅芯片的器件和层多层布线结构多层布线结构多层布线多层布线三、发展趋势三、发展趋势n nIC发展的标志：尺寸 集成度n n摩尔定律:1964年 戈登摩尔 内容：芯片上的晶体管数每18个月翻一番（1975年）n n物理极限：一个原子尺寸约为几个A，若干原子形成一个器件。光刻技术1-2集成电路分类集成电路分类n n按器件导电类型：双极型、MOS型、双极MOS型n n按器件功能分类：数字、模拟1-3集成电路工艺基础集成电路工艺基础一、集成电路的材料1.制造材料n n导体：作互连线，阻挡层，接触孔，通孔如：Al Cu，Ta Ti 及其氮化物,Wn n绝缘体：作介质层，保护层，钝化层 如：SiO2 低介质 高介质，Si3N4n n半导体：Ge Si GaAs GaN 掺杂2.重要的半导体材料硅 Sin n硅的丰裕度n n更高的熔化温度允许更宽的工艺容限 硅1412 锗937 n n更宽的工作温度范围n n氧化物 SiO2二、微芯片制造工艺流程二、微芯片制造工艺流程 n n制备硅片n n硅片制造n n硅片测试/拣选n n装配与封装n n终测1.制备硅片制备硅片n n半导体级硅提炼n n单晶生长n n整形、切片等2.硅片制造硅片制造n n在其表面形成器件和互连线（层）的过程n n薄膜生长：氧化 淀积 外延 图形转换：光刻 刻蚀 掺杂：热扩散 离子注入其他技术：清洗 平坦化等3.硅片测试硅片测试/拣选拣选4.装配与封装装配与封装n n划片，切割成芯片n n压焊和包封5.终测n n确保集成电路通过电学和环境测试1-4微芯片的制造环境微芯片的制造环境n n沾污n n导致成品率损失 80%失效芯片是由沾污带来的缺陷引起的n n维护一个严格的微芯片制造环境很重要n n净化技术一、沾污类型一、沾污类型n n颗粒危害检测n n金属杂质 可动离子沾污（MIC），典型的MIC：Na+n n有机物沾污n n自然氧化层n n静电释放 击穿 电荷积累吸引颗粒颗粒造成的缺陷颗粒造成的缺陷二、污染源与控制二、污染源与控制n n空气n n人 净化间 n n厂房n n水n n工艺用化学品n n工艺气体n n生产设备超净间超净间净化级别净化级别净化级别：标定了净化间的空气质量级别，由颗粒尺寸和密度来表征参考标准：n nISO标准14644n nFS-209EFS-209E净化间的控制净化间的控制n n布局n n气流和压力(层状单向流，高于外界压力）n n空气过滤n n温度和湿度n n静电释放(采用静电消耗材料，接地，空气电离)设备的净化设备的净化n n工作台 （穿壁式）n n硅片自动化处理n n微环境 （硅片隔离技术）三、硅片清洗三、硅片清洗1.清洗工艺：n n湿法清洗（改进的RCA清洗工艺）n n干法清洗 （利用热化学气体或等离子态反应气体与硅片表面产生化学反应，生成易挥发性反应物而去除）n n螯合剂、臭氧、低温喷雾清洗等其他清洗技术2.2.湿法清洗办法湿法清洗办法n n兆声清洗兆声清洗n n喷雾清洗喷雾清洗n n刷洗器刷洗器n n水清洗：水清洗：溢流清洗、排空清洗，喷射清洗、加热去离子水清溢流清洗、排空清洗，喷射清洗、加热去离子水清洗洗3.3.硅片甩干硅片甩干 疏水性表面疏水性表面 SFQ系列系列 CXS系列系列 湿法清洗台湿法清洗台 旋转冲洗甩干机旋转冲洗甩干机