最简易的半导体制造工艺流程模板.docx
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最简易的半导体制造工艺流程模板
半导体制造工艺步骤
N型硅：
掺入V族元素--磷P、砷As、锑Sb
P型硅：
掺入III族元素—镓Ga、硼B
PN结：
半导体元件制造过程可分为
前段（FrontEnd）制程
晶圆处理制程（WaferFabrication；简称WaferFab）、
晶圆针测制程（WaferProbe）；
後段（BackEnd）
构装（Packaging）、
测试制程（InitialTestandFinalTest）
一、晶圆处理制程
晶圆处理制程之关键工作为在矽晶圆上制作电路和电子元件（如电晶体、电容体、逻辑闸等），为上述各制程中所需技术最复杂且资金投入最多过程，以微处理器（Microprocessor）为例，其所需处理步骤可达数百道，而其所需加工机台优异且昂贵，动辄数千万一台，其所需制造环境为为一温度、湿度和含尘（Particle）均需控制无尘室（Clean-Room），即使具体处理程序是随著产品种类和所使用技术相关；不过其基础处理步骤通常是晶圆先经过合适清洗（Cleaning）之後，接著进行氧化（Oxidation）及沈积，最後进行微影、蚀刻及离子植入等反覆步骤，以完成晶圆上电路加工和制作。
二、晶圆针测制程
经过WaferFab之制程後，晶圆上即形成一格格小格，我们称之为晶方或是晶粒（Die），在通常情形下，同一片晶圆上皆制作相同晶片，不过也有可能在同一片晶圆上制作不一样规格产品；这些晶圆必需经过晶片允收测试，晶粒将会一一经过针测（Probe）仪器以测试其电气特征，而不合格晶粒将会被标上记号（InkDot），此程序即称之为晶圆针测制程（WaferProbe）。
然後晶圆将依晶粒为单位分割成一粒粒独立晶粒
三、IC构装制程
IC構裝製程（Packaging）：
利用塑膠或陶瓷包裝晶粒與配線以成積體電路
目标：
是為了製造出所生產電路保護層，避免電路受到機械性刮傷或是高溫破壞。
半导体制造工艺分类
半导体制造工艺分类
一双极型IC基础制造工艺：
A在元器件间要做电隔离区（PN结隔离、全介质隔离及PN结介质混合隔离）
ECL（不掺金）（非饱和型）、TTL/DTL（饱和型）、STTL（饱和型）B在元器件间自然隔离
I2L（饱和型）
半导体制造工艺分类
二MOSIC基础制造工艺：
依据栅工艺分类
A铝栅工艺
B硅栅工艺
其它分类
1、（依据沟道）PMOS、NMOS、CMOS
2、（依据负载元件）E/R、E/E、E/D
半导体制造工艺分类
三Bi-CMOS工艺：
A以CMOS工艺为基础
P阱N阱
B以双极型工艺为基础
双极型集成电路和MOS集成电路优缺点
半导体制造环境要求
关键污染源：
微尘颗粒、中金属离子、有机物残留物和钠离子等轻金属例子。
超净间：
洁净等级关键由微尘颗粒数/m3
半导体元件制造过程
前段（FrontEnd）制程---前工序
晶圆处理制程（WaferFabrication；简称WaferFab）
经典PN结隔离掺金TTL电路工艺步骤
横向晶体管刨面图
纵向晶体管刨面图
NPN晶体管刨面图
1.衬底选择
10Ω.cm111晶向,偏离2O~5O⊄ P型Siρ
晶圆（晶片）晶圆（晶片）生产由砂即（二氧化硅）开始，经由电弧炉提炼还原成冶炼级硅，再经由盐酸氯化，产生三氯化硅，经蒸馏纯化后，透过慢速分解过程，制成棒状或粒状「多晶硅」。
通常晶圆制造厂，将多晶硅融解后，再利用硅晶种慢慢拉出单晶硅晶棒。
一支85公分长，重76.6千克8寸硅晶棒，约需2天半时间长成。
经研磨、抛光、切片后，即成半导体之原料晶圆片
第一次光刻—N+埋层扩散孔
1。
减小集电极串联电阻
2。
减小寄生PNP管影响
外延层淀积
1。
VPE（Vaporousphaseepitaxy）气相外延生长硅
SiCl4+H2→Si+HCl
2。
氧化
Tepi>Xjc+Xmc+TBL-up+tepi-ox
第二次光刻—P+隔离扩散孔
在衬底上形成孤立外延层岛,实现元件隔离.
第三次光刻—P型基区扩散孔
决定NPN管基区扩散位置范围
第四次光刻—N+发射区扩散孔
集电极和N型电阻接触孔,和外延层反偏孔。
Al—N-Si欧姆接触：
ND≥1019cm-3，
第五次光刻—引线接触孔
第六次光刻—金属化内连线：
反刻铝
CMOS工艺集成电路
CMOS集成电路工艺--以P阱硅栅CMOS为例
1。
光刻I---阱区光刻，刻出阱区注入孔
CMOS集成电路工艺--以P阱硅栅CMOS为例
2。
阱区注入及推进，形成阱区
CMOS集成电路工艺--以P阱硅栅CMOS为例
3。
去除SiO2，长薄氧，长Si3N4
CMOS集成电路工艺--以P阱硅栅CMOS为例
4。
光II---有源区光刻
CMOS集成电路工艺--以P阱硅栅CMOS为例
5。
光III---N管场区光刻，N管场区注入，以提升场开启，降低闩锁效应及改善阱接触。
CMOS集成电路工艺--以P阱硅栅CMOS为例
6。
光III---N管场区光刻，刻出N管场区注入孔；N管场区注入。
CMOS集成电路工艺--以P阱硅栅CMOS为例
7。
光Ⅳ---p管场区光刻，p管场区注入，调整PMOS管开启电压，生长多晶硅。
CMOS集成电路工艺--以P阱硅栅CMOS为例
8。
光Ⅴ---多晶硅光刻，形成多晶硅栅及多晶硅电阻
CMOS集成电路工艺--以P阱硅栅CMOS为例
9。
光ⅤI---P+区光刻，P+区注入。
形成PMOS管源、漏区及P+保护环。
CMOS集成电路工艺--以P阱硅栅CMOS为例
10。
光Ⅶ---N管场区光刻，N管场区注入，形成NMOS源、漏区及N+保护环。
CMOS集成电路工艺--以P阱硅栅CMOS为例
11。
长PSG（磷硅玻璃）。
CMOS集成电路工艺--以P阱硅栅CMOS为例
12。
光刻Ⅷ---引线孔光刻。
CMOS集成电路工艺--以P阱硅栅CMOS为例
13。
光刻Ⅸ---引线孔光刻（反刻AL）。
晶圓材料（Wafer）
圓晶是制作矽半導體IC所用之矽晶片，狀似圓形，故稱晶圓。
材料是「矽」，IC（IntegratedCircuit）厂用矽晶片即為矽晶體，因為整片矽晶片是單一完整晶體，故又稱為單晶體。
但在整體固態晶體內，眾多小晶體方向不相，則為复晶體（或多晶體）。
生成單晶體或多晶體和晶體生長時溫度，速率和雜質全部有關系。
通常清洗技术
光学显影
光学显影是在感光胶上经过曝光和显影程序，把光罩上图形转换到感光胶下面薄膜层或硅晶上。
光学显影关键包含了感光胶涂布、烘烤、光罩对准、曝光和显影等程序。
曝光方法:
紫外线、X射线、电子束、极紫外
蝕刻技術（EtchingTechnology）
蝕刻技術（EtchingTechnology）是將材料使用化學反應物理撞擊作用而移除技術。
能够分為:
濕蝕刻（wetetching）:
濕蝕刻所使用是化學溶液，在經過化學反應之後達到蝕刻目标.
乾蝕刻（dryetching）:
乾蝕刻則是利用一个電漿蝕刻（plasmaetching）。
電漿蝕刻中蝕刻作用，可能是電漿中离子撞擊晶片表面所產生物理作用，或是電漿中活性自由基（Radical）和晶片表面原子間化學反應，甚至也可能是以上兩者复合作用。
现在关键应用技术:
等离子体刻蚀
常见湿法蚀刻技术
CVD化學气相沉積
是利用热能、电浆放电或紫外光照射等化学反应方法，在反应器内将反应物（通常为气体）生成固态生成物，并在晶片表面沉积形成稳定固态薄膜（film）一个沉积技术。
CVD技术是半导体IC制程中利用极为广泛薄膜形成方法，如介电材料（dielectrics）、导体或半导体等薄膜材料几乎全部能用CVD技术完成。
化學气相沉積CVD
化学气相沉积技术
常见CVD技術有：
（1）「常壓化學气相沈積（APCVD）」；
（2）「低壓化學气相沈積（LPCVD）」；（3）「電漿輔助化學气相沈積（PECVD）」
较为常见CVD薄膜包含有：
■二气化硅（通常直接称为氧化层）■氮化硅■多晶硅■耐火金属和这类金属之其硅化物
物理气相沈積（PVD）
关键是一个物理制程而非化学制程。
此技术通常使用氩等钝气，藉由在高真空中将氩离子加速以撞击溅镀靶材后，可将靶材原子一个个溅击出来，并使被溅击出来材质（通常为铝、钛或其合金）如雪片般沉积在晶圆表面。
PVD以真空、測射、离子化或离子束等方法使純金屬揮發，和碳化氫、氮气等气體作用，加熱至400～600℃（約1～3小時）後，蒸鍍碳化物、氮化物、氧化物及硼化物等1～10μm厚之微細粒狀薄膜，PVD可分為三种技術：
（1）蒸鍍（Evaporation）；
（2）分子束磊晶成長（MolecularBeamEpitaxy；MBE）；（3）濺鍍（Sputter）
解离金属电浆（调皮鬼）物理气相沉积技术
解离金属电浆是最近发展出来物理气相沉积技术，它是在目标区和晶圆之间，利用电浆，针对从目标区溅击出来金属原子，在其抵达晶圆之前，加以离子化。
离子化这些金属原子目标是，让这些原子带有电价，进而使其行进方向受到控制，让这些原子得以垂直方向往晶圆行进，就像电浆蚀刻及化学气相沉积制程。
这么做能够让这些金属原子针对极窄、极深结构进行沟填，以形成极均匀表层，尤其是在最底层部份。
离子植入（IonImplant）
离子植入技术可将掺质以离子型态植入半导体组件特定区域上，以取得正确电子特征。
这些离子必需先被加速至含有足够能量和速度，以穿透（植入）薄膜，抵达预定植入深度。
离子植入制程可对植入区内掺质浓度加以精密控制。
基础上，此掺质浓度（剂量）系由离子束电流（离子束内之总离子数）和扫瞄率（晶圆经过离子束之次数）来控制，而离子植入之深度则由离子束能量之大小来决定。
化学机械研磨技术
化学机械研磨技术（化学机器磨光，CMP）兼含有研磨性物质机械式研磨和酸碱溶液化学式研磨两种作用，能够使晶圆表面达成全方面性平坦化，以利后续薄膜沉积之进行。
在CMP制程硬设备中，研磨头被用来将晶圆压在研磨垫上并带动晶圆旋转，至于研磨垫则以相反方向旋转。
在进行研磨时，由研磨颗粒所组成研浆会被置于晶圆和研磨垫间。
影响CMP制程变量包含有：
研磨头所施压力和晶圆平坦度、晶圆和研磨垫旋转速度、研浆和研磨颗粒化学成份、温度、和研磨垫材质和磨损性等等。
制程监控
量测芯片内次微米电路之微距，以确保制程之正确性。
通常而言，只有在微影图案（摄影平版印刷patterning）和后续之蚀刻制程实施后，才会进行微距量测。
光罩检测（Retical检验）
光罩是高精密度石英平板，是用来制作晶圆上电子电路图像，以利集成电路制作。
光罩必需是完美无缺，才能展现完整电路图像，不然不完整图像会被复制到晶圆上。
光罩检测机台则是结合影像扫描技术和优异影像处理技术，捕捉图像上缺失。
当晶圆从一个制程往下个制程进行时，图案晶圆检测系统可用来检测出晶圆上是否有瑕疵包含有微尘粒子、断线、短路、和其它各式各样问题。
另外，对已印有电路图案图案晶圆成品而言，则需要进行深次微米范围之瑕疵检测。
通常来说，图案晶圆检测系统系以白光或雷射光来照射晶圆表面。
再由一或多组侦测器接收自晶圆表面绕射出来光线，并将该影像交由高功效软件进行底层图案消除，以辨识并发觉瑕疵。
铜制程技术
在传统铝金属导线无法突破瓶颈之情况下，经过多年研究发展，铜导线已经开始成为半导体材料主流，因为铜电阻值比铝还小，所以可在较小面积上承载较大电流，让厂商得以生产速度愈加快、电路更密集，且效能可提升约30-40％芯片。
亦因为铜抗电子迁移（电版移民）能力比铝好，所以可减轻其电移作用，提升芯片可靠度。
在半导体制程设备供货商中，只有应用材料企业能提供完整铜制程全方位处理方案和技术，包含薄膜沉积、蚀刻、电化学电镀及化学机械研磨等。
半导体制造过程
後段（BackEnd）---后工序
构装（Packaging）：
IC構裝依使用材料可分為陶瓷（ceramic）及塑膠（plastic）兩種，而现在商業應用上則以塑膠構裝為主。
以塑膠構裝中打線接合為例，其步驟依序為晶片切割（diesaw）、黏晶（diemount/diebond）、銲線（wirebond）、封膠（mold）、剪切/成形（trim/form）、印字（mark）、電鍍（plating）及檢驗（inspection）等。
测试制程（InitialTestandFinalTest）
1晶片切割（DieSaw）
2黏晶（DieBond）
黏晶之目标乃將一顆顆之晶粒置於導線架上並以銀膠（epoxy）黏著固定。
黏晶完成後之導線架則經由傳輸設備送至彈匣（magazine）內，以送至下一製程進行銲線。
3銲線（WireBond）
IC構裝製程（Packaging）則是利用塑膠或陶瓷包裝晶粒與配線以成積體電路（IntegratedCircuit；簡稱IC），此製程目标是為了製造出所生產電路保護層，避免電路受到機械性刮傷或是高溫破壞。
最後整個積體電路周圍會向外拉出腳架（Pin），稱之為打線，作為與外界電路板連接之用。
4封膠（Mold）
封膠之关键目标為预防濕氣由外部侵入、以機械方法支持導線、內部產生熱量之去除及提供能夠手持之形體。
其過程為將導線架置於框架上並預熱，再將框架置於壓模機上構裝模上，再以樹脂充填並待硬化。
5剪切/成形（Trim/Form）
剪切之目标為將導線架上構裝完成之晶粒獨立分開，並把不需要連接用材料及部份凸出之樹脂切除（dejunk）。
成形之目标則是將外引腳壓成各種預先設計好之形狀，方便於裝置於電路版上使用。
剪切與成形关键由一部衝壓機配上多套不一样製程之模具，加上進料及出料機構所組成。
6印字（Mark）
印字乃將字體印於構裝完膠體之上，其目标在於註明商品之規格及製造者等資訊。
7檢驗（Inspection）
晶片切割之目标為將前製程加工完成之晶圓上一顆顆之檢驗之目标為確定構裝完成之產品是否合於使用。
其中項目包含諸如：
外引腳之平整性、共面度、腳距、印字是否清楚及膠體是否有損傷等外觀檢驗。
8封装
制程处理最终一道手续，通常还包含了打线过程。
以金线连接芯片和导线架线路，再封装绝缘塑料或陶瓷外壳，并测试集成电路功效是否正常。
硅器件失效机理
1氧化层失效：
针孔、热电子效应
2层间分离：
AL-Si、Cu-Si合金和衬底热膨胀系数不匹配。
3金属互连及应力空洞
4机械应力
5电过应力/静电积累
6LATCH-UP
7离子污染
经典测试和检验过程
1。
芯片测试（wafersort）
2。
芯片目检（dievisual）
3。
芯片粘贴测试（dieattach）
4。
压焊强度测试（leadbondstrength）
5。
稳定性烘焙（stabilizationbake）
6。
温度循环测试（temperaturecycle）
8。
离心测试（constantacceleration）
9。
渗漏测试（leaktest）
10。
高低温电测试
11。
高温老化（burn-in）
12。
老化后测试（post-burn-inelectricaltest）
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