微电子工艺扫盲课程.docx

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微电子工艺扫盲课程

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文中所引用图片均来自于互联网和中科院半导体所官方网站。

本人只是用于讲解知识所用，并未用于商业获利行为。

产生任何法律纠纷均与我无关。

请勿盗链文中的图片，后果自负！

介货就是硅

微电子制造工艺在微电子整体产业中处于中游阶段（上游是电路设计，下游是封装测试）。

一个芯片的制造能否达到设计要求，与制造工艺有很大的关系，因此有必要对工艺线的流程为大家说明讲清楚。

我们手中使用的mobilephone，camera，ipad内部电路板上焊接的形状各异外形诡异的小芯片都是如何造出来？

想必大家都是有兴趣知道的。

即使没有电子工程的基础，通过我的讲解也是可以，你对这个最精密自动化程度最高的行业有一个清晰的轮廓。

IC（integratecircuit）的制造分为前工序和后工序。

前工序:

IC制造工程中，晶圆光刻的工艺（即所谓流片），被称为前工序，这是IC制造的最要害技术。

后工序:

晶圆流片后，其切割、封装等工序被称为后工序。

我们所要了解的就是前工序的内容，打蛇打七寸，直入要害。

首先，光刻过程的操作流程为：

衬底氧化—涂胶—光刻机曝光—显影烘干—刻蚀—清洗干燥—离子注入（等离子刻蚀、金属淀积）—去胶。

其中最费钱的一步大家知道是什么吗？

光刻机曝光。

流片光刻的费用约占到总体花费的40%左右。

很多研究机构或者高校做芯片设计只是通过软件模拟一下，由此就以这些数据写论文，很少有经费可以去流片测试。

况且一个可以投产的芯片并不是一次流片就能成功的，通常情况下需要四次甚至更多次数。

以西电微电子学院的军用RFID为例，流片次数已过4次，电路尺寸逐步达到设计标准。

军用研发经费充足，不计成本，不过半导体产业高投入的现状可见一斑。

现在通过图片讲解对各部工序逐一讲解：

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1.氧化

先看一个简单的化学方程式

Si+O2=SiO2（1000℃）

这一步是将Si圆片在高温下暴露于高纯度氧气和氢气的混合气体中在表面淀积一层SiO2。

这部分氧化层可以用做绝缘层，同时也可以是晶体管的栅极。

1硅单晶切割Fig

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Fig2等待加工的晶圆氧化即将对这些圆片进行处理2.涂胶目胶体分为正胶和反胶，涂胶简单的说就是在硅片表面涂上一层可以见光反应的化学物质，未光照部分在清洗剂的作即受到光照后会成为不可溶的物质，前工艺上大部分用的是反胶，用下溶解。

—去胶刻蚀—清洗干燥—3.光刻机曝光—显影烘干这一步是核心是半导体集成电路制作的重要可以实现高效精确的模板复印，光刻技术应用于微加工领域，利用光是精密的微细加工技术。

过程。

光刻技术的发展直接影响着微电子工艺的纳米尺度，光，对光刻胶进UV刻可以在衬底上形成立体结构或者在薄膜上刻蚀出凹槽，通常光刻使用行变性处理，然后经过显影得到成品。

针对不同的衬底或薄膜，不同的样品，光刻所用到的但是整体工艺流程却是一所用到的化学物品都不尽相同，光刻胶，光刻过程中的一些参数、AZ1518光刻胶为例，光刻技术主要有以下步骤：

样的。

以硅衬底，*Preparation

清除污迹，（Acetone）对硅衬底的清洗通常用丙酮预备工作阶段，首先是对衬底进行清洗。

清洗干净，用氮气吹干样品。

为了让光刻water）再用酒精处理掉丙酮，最后用去离子水（DI

它可以使得光刻胶HMDS，通常的光刻技术中会使用粘着剂胶和衬底可以较为牢固的附着，有效的吸附在硅样品表面，不至于让光刻胶在刻蚀过程中脱落，导致工艺精密度变差）．

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*Photoresist

甩胶阶段要先对甩胶机（Spincoat）进行速度测试，保证在设定转速下正常运转。

为了先使得光刻胶均匀涂满样品，先设定Spincoat在低速下运行几秒钟，使光刻胶均匀涂在样品表面。

通常甩胶机在转速1200到4800rpm下持续30到60秒。

甩过胶后需要进行烘烤（softbake），在烘烤机（hotplate）上烘烤1分钟，通常设定温度为90到110度之间。

Softbake的目的是为了烘干光刻胶，使之成型。

*Exposure

曝光阶段最重要的是对版，对版的好坏决定了最终样品的结果。

对于制作不同类型的样品，有时需要多次对版，这要求每次对版的位置十分精准，才能使得多次光刻不会互相影响。

曝光分为接触式曝光和非接触式曝光，区别在于模板和样品是否接触。

接触式曝光分辨率高，但容易影响衬底上的光刻胶和模板，通常适用于小规模的实验处理或生产。

非接触式曝光设备复杂，精度很高，适合高精度器件生产。

Fig3

大家注意到地板了吗？

地板是由全净化机组成的，使室内空气的洁净度达到实验要求，以免对光刻产生影响。

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Fig4

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Fig5

光刻机是在玻璃室内的，人在外部进行操作，保证光刻过程中不受到任何杂质沾染。

Fig6十级光刻间

大家有没有注意灯管的颜色，对，是黄光，通常大家把光刻室称为黄光室。

为什么是黄光主要是因为光刻胶对黄光是不敏感的，不会影响到光刻工艺。

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百级光刻间、万级工艺间Fig7

Developing

*

显影是为了去除掉变性的光刻胶，以形成同模板一样的样品表面。

光刻胶分为正胶和反

反胶在照射下的变性不会溶于显影液。

这胶，正胶在紫外光的照射下会变性，溶于显影液；。

developer是正胶，对应的显影液为FHD-5两种胶的选择通常由实验要求所决定。

AZ1518光刻而时间参数是由甩胶机的参数、显影的时间要求很严，时间越精确最后的效果就越好。

机曝光的时间等等决定的。

显影过后用氮气吹干样品。

Etching

*

（h在除掉光刻胶后，同样需要烘烤利用曝光后的样品模式，刻蚀后即可形成需要的样品。

ardbake），以形成坚固的成品。

Chl如果需要在样品表面制作电极，实行后续的电子束蒸发的技术，在显影之前需要先浸泡的作用是渗透进变性的光刻胶，使Chlorobenzene，用氮气吹干后再进行显影。

orobenzene以致不能用丙酮未曝光的光刻胶垂直方向形成梯度，这样可以防止蒸电极时金属连在一起，去除光刻胶）．

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腐蚀间清洗,Fig8则需要经过多部如果是复杂的电路，经过以上的工序，一层电路图形已经在晶圆表面形成，光刻。

不知道大家明白了没有？

，SiC，GaN，GeSi上述只是Si基集成电路的工艺流程。

对于一些新材料器件例如，GaSnMBE通常是制备薄膜材料的两种常用方法。

晶圆的制备不是那么容易，MOCVD）．

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UHV-CVD生长系统Fig9

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MOCVD系统Fig10

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MOCVD系统用于Fig11GaN材料生长）．

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MBE生长系统Fig12双生长室稀磁半导体图文并茂的讲解完了，以此总结我悲催龌龊的研一上学期生活。

微电我国从建国之初就大力提升这方面的能力，微电子技术是一个国家原创竞争力的核心，的出现，展望未来，任重道J-20子技术伴随着中国两弹一星，神舟飞船，嫦娥探月，J-10，是他们让我们的在这方面在微电子半导体技术的发展道路上涌现出了一大批杰出人才，远。

没有落后于世界。

让我们一起缅怀祭奠为我国微电子产业做出过杰出贡献的院士专家。

物理学家黄昆先生中国半导体之父材料器件专家高鼎三制作出中国第一炉硅单晶中国半导体材料学家林兰英（女）半导体化学家沈天慧（女）

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