《半导体制造工艺流程》课件.ppt

半导体制造工艺流程

目录1半导体基础知识定义、分类、材料特性2制造工艺概览流程图、主要步骤、洁净室3前道与后道工艺晶圆加工、封装测试4先进技术与未来趋势

第一部分：半导体基础知识基本概念导电性介于导体与绝缘体之间电子结构能带理论与载流子产业地位

什么是半导体？定义导电性可控材料介于导体与绝缘体之间特点能带结构独特温度影响导电性掺杂改变性质重要性电子工业基础信息时代支柱

半导体的分类按材料分类元素半导体：硅、锗化合物半导体：GaAs、GaN1按掺杂分类本征半导体：纯净无掺杂N型半导体：多电子P型半导体：多空穴2按结构分类单晶半导体多晶半导体非晶半导体3

半导体材料的特性电学特性能带结构决定导电特性温度系数为负光学特性光电效应发光特性热学特性导热性良好热膨胀系数小机械特性硬而脆晶向影响强度

半导体器件简介二极管单向导电晶体管放大、开关集成电路多器件集成光电器件光电转换

集成电路概述定义在单一芯片上集成多种电子元件分类数字IC、模拟IC、混合信号IC复杂度小规模、中规模、大规模、超大规模集成电路应用计算机、通信、消费电子、汽车电子

第二部分：半导体制造工艺概览1前期准备材料制备、设计准备2前道工艺晶圆加工、图形转移3后道工艺切割、封装、测试

半导体制造工艺流程图硅片准备单晶生长、切片、抛光前道工艺氧化、光刻、刻蚀、掺杂测试电参数测试、功能测试后道工艺切割、键合、封装

主要工艺步骤简介晶圆制备单晶硅拉制、切片、抛光氧化扩散形成绝缘层和掺杂区域光刻与刻蚀图形转移、选择性去除材料薄膜沉积导体、绝缘体和半导体薄膜封装测试切割、焊接、塑封、电测试

晶圆制造1多晶硅提纯冶金级硅→电子级硅2单晶生长直拉法、区熔法3晶锭处理磨削、切割、研磨4晶圆抛光机械抛光、化学抛光

前道工艺与后道工艺前道工艺在晶圆上制造器件氧化、光刻、刻蚀、离子注入薄膜沉积、平坦化严格的洁净度要求后道工艺晶圆测试、切割引线键合、塑封芯片封装最终测试与分选

洁净室要求1洁净等级Class1-100，每立方英尺含1-100颗尘粒21℃±0.5℃温度控制严格控制温度波动45%±2%湿度控制避免静电和氧化问题99.999%过滤效率高效空气过滤系统

第三部分：前道工艺详解金属化与互连形成导线和互连结构图形转移工艺光刻和刻蚀定义结构掺杂工艺改变硅片电学特性衬底准备晶圆清洗和表面处理

硅片制备

氧化干氧氧化Si+O?→SiO?生长速率慢，质量高湿氧氧化Si+2H?O→SiO?+2H?生长速率快，质量适中用途栅极绝缘层掩蔽层隔离层

光刻光刻胶涂布旋涂均匀薄膜曝光通过掩模图形转移显影溶解曝光/未曝光区域烘烤硬化光刻胶图形

刻蚀湿法刻蚀化学溶液刻蚀各向同性便宜简单分辨率低干法刻蚀等离子体刻蚀反应离子刻蚀(RIE)各向异性高分辨率

离子注入

化学气相沉积（CVD）1反应气体引入前驱体气体进入反应室2热分解/反应气体在高温下分解反应3表面沉积反应产物在基底表面形成薄膜4副产物排出反应气体副产物被抽出

物理气相沉积（PVD）溅射沉积离子轰击靶材料蒸发沉积加热材料蒸发电子束蒸发高能电子束轰击

化学机械抛光（CMP）工作原理结合化学腐蚀和机械研磨应用层间介质平坦化铜互连工艺优势全局平坦化提高光刻景深

退火传统炉退火长时间低温批量处理热预算高快速热退火(RTA)短时间高温单片处理热预算低用途离子注入后晶格修复激活掺杂剂降低接触电阻

第四部分：后道工艺详解晶圆测试电性能与功能测试切割分离将晶圆分割成单个芯片键合封装实现芯片与外部连接最终测试确保成品芯片功能正常

晶圆测试探针台测试使用探针接触芯片，测试电气参数晶圆图谱标记好/坏芯片位置分级分选按性能参数对芯片分类

切割机械切割金刚石刀片高速旋转冷却水保护激光切割无接触加工适合脆性材料切口窄精度高刻划断裂先刻划再断裂简单但精度低适用于某些特定材料

封装类型介绍

引线键合金线键合热压键合热超声键合高可靠性成本高铝线键合超声键合成本适中适用于大功率器件铜线键合热超声键合成本低导电性好氧化问题

塑封模具准备装载引线框架注胶环氧树脂注入模具固化高温固化环氧树脂脱模取出塑封后的产品

标记激光标记高精度永久性标记喷墨标记低成本批量处理印刷标记传统方法，适用于某些封装

最终测试功能测试参数测试可靠性测试环境应力测试其他测试

第五部分：先进工艺技术纳米级工艺节点5nm、3nm甚至更小3D结构FinFET、GAA、3DNAND3D封装技术TSV、Chiplet、SiP新型光刻技术EUV、多重曝光

多栅极技术单栅极结构传统平面晶体管双栅极结构两侧控制沟道三栅极结构(FinFET)三面环绕沟道环绕栅(GAA)完全环绕沟道

鳍式场效应晶体管（FinFET）结构特点垂直硅鳍，三面栅极环绕优势更好的栅控能力，更低的漏电流应用广泛用于22nm及以下工艺节点

3D封装技术