半导体工艺制程

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1. 半导体相关知识

1. 集成时代的开始

晶体管的发明和大规模集成电路的广泛应用标志着集成时代的到来。从1947年的晶体管到大于1KK百万以上的大规模集成电路，经历了六十年的发展。

单晶的制作通常采用直拉法（Czochralski法）和区熔法。直拉法在真空腔室内，将多晶硅加热到1500°，通过0.5cmX10cm的籽晶体逆时针旋转提拉，可制成8寸、1-2M的晶棒。区熔法可以生长极高纯度的硅单晶，但缺点是难以引入浓度均匀的掺杂。

使用硅材料之前，曾用过锗作为衬底。硅（Si）和锗（Ge）都是四族元素，硅14=2-8-4，锗32=2-8-18-4。选择硅作为半导体的主要材料主要依据以下四个理由：

1. 硅的丰裕度

2. 硅有更高的溶化温度，允许更宽的工艺容限

3. 更宽的工作温度范围

4. 二氧化硅的自然生成

硅可以提纯到半导体制造所需要的足够高的纯度，并且消耗更低的成本；另一个原因是，硅可容易形成SiO2，而SiO2是高质量稳定的绝缘材料，可以在生产工艺中起到介质的作用。

4. 半导体趋势

集成电路的设计和制造技术的快速发展，导致半导体生产制造新设备和新工艺的不断引入。每隔18到24个月，半导体产业就引进新的制造技术。

硅片制造技术的改变受到用户需求的驱使。用户要求更快、更可靠和更低成本的芯片。要达到这些要求，芯片制造商需要在一个硅片上缩小管芯尺寸、提高芯片速度、减少功耗。

5. 电子时代的划分

20世纪50年代：晶体管技术

20世纪60年代：工艺技术

20世纪70年代：竞争

20世纪80年代：自动化

20世纪90年代：批量生产

21世纪：器件进入规模时代和智能时代

半导体制造过程

前段（Front End）制程---前工序

工艺处理制程：目前生产工艺的难点不在于我们不知道怎样做，而在于由于受到设备限制使我们无法完成想要做的工艺。

半导体制作主要是在硅片上制作电子器件（晶体管、电容、逻辑闸等）以达到一定的逻辑功能。在上述各道工艺中，技术最复杂且资金投入最多的就是微处理器（Microprocessor），所需工序多达数百道，加工设备也先进、昂贵，甚至上千万一台。净化厂房对温度、湿度与尘埃含量均需严格控制。

虽然生产工艺随着产品种类与所使用的技术有关；但基本工艺步骤通常是：硅片-清洗(Cleaning)—氧化(Oxidation)—沉淀—光刻—蚀刻—离子注入等多次重复的工序进行。在硅片上制作晶体管、二极管、电阻，完成带有逻辑功能的集成电路的加工与制作。

中测

生产过程中经常要对各种样片（陪片）进行测试。

经过Wafer Fab制程后，硅片上形成数千上万个电路，一般称之为管芯或晶粒(Die)。在一般情形下，同一片硅片上制作相同的器件，但是也有可能在同一片晶圆上制作不同规格的产品。

制作完成的硅片必须使用探针台对所有管芯进行100%的直流参数测试，以测试其电气特性。不合格管芯将会被打上记号(Ink Dot)，可以用磁性墨水，最后经过划片分离后吸走。此程序即称之为晶圆测试制程（Wafer Probe）。然后将管芯分割成独立的管芯去做最后的封装。

IC 封装制程

IC封装制程（Packaging）：

无论采用塑封还是瓷封或金属管壳封装都是为了制作电路的保护层，避免电路受到机械性划伤或高温破坏。也有不做封装就使用的。从环境、用途、成本考虑。

用户市场的需求

一 双极型工艺：

A 在每个器件间要做隔离区（PN结隔离、全介质隔离及PN结、介质混合隔离）

ECL（非饱和型）（不掺金）、TTL/DTL（饱和型）、STTL（饱和型）

B 在元器件间自然隔离 IIL（饱和型）

二 MOS IC 工艺：

是根据栅工艺分类

A 铝栅工艺

B 硅栅工艺

其他分类

1、（根据沟道）PMOS、NMOS、CMOS

2、（根据负载元件）E/R、E/E、E/D

双极型集成电路和MOS集成电路优缺点：

1）双极型集成电路：中等速度、驱动能力强、模拟精度高，但功耗比较大，ECL驱动电流更大。

2) CMOS集成电路：静态功耗低、电源电压范围宽、宽的输出电压幅度（无阈值损失），具有高速度、高密度潜力；可与TTL电路兼容。但电流驱动能力低，查参数手册可以对比。

三、Bi-CMOS工艺：

是一种双极和CMOS兼容工艺。主要用于静态随机存储器、高速电路和数模混合电路的设计。

采用两种工艺的目的主要是充分利用两种工艺各自的特点，BiCMOS工艺技术对于不同的电路设计方法具有极强的适应性。

光刻工艺简介：

光刻的本质是把临时电路结构复制到以后要进行刻蚀和离子注入的硅片上。

首先制作铬版掩膜版。

采用光刻胶-聚合可溶解物

负性光刻胶-曝光后变得不可溶解，并硬化

正性光刻胶-曝光后变得在显影液中可软化并溶解

光刻工艺分八个步骤：

制作氧化层—旋转涂胶—前烘90-100°30秒—对准曝光—曝光后烘烤100-110°—显影—坚膜烘烤120-140°—显影检查