集成电路制造工艺精要

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1、集成电路制造工艺一、集成电路设计与制造的主要流程设计---掩膜版---芯片制造—芯片检测—封装—测试沙子—硅锭---晶圆设计：功能要求—行为设计—行为仿真---时序仿真—布局布线—版图---后仿真。展厅描述的是制造环节过程，分为晶圆制造与芯片制造工艺。图形转换，将设计在掩膜版上的图形转移到半导体单晶片上。光刻：光刻胶、掩膜版、光刻机三要素。光刻刻蚀：参杂，根据设计需要，将各种杂质掺杂在需要的位置上，形成晶体管接触等制作各种材料的薄膜二、晶圆制造1.沙子：硅是地壳内第二丰富的元素，脱氧后的沙子(尤其是石英)最多包含25％的硅元素，主要以二氧化硅(SiO2)的形式存在

2、。2.硅熔炼：通过多步净化得到可用于半导体制造质量的硅，学名电子级硅(EGS)，平均每一百万个硅原子中最多只有一个杂质原子。（本文指12英寸/300毫米晶圆级，下同。）3.单晶硅锭：整体基本呈圆柱形，重约100千克，硅纯度99.9999％。4.硅锭切割：横向切割成圆形的单个硅片，也就是我们常说的晶圆(Wafer)。5.晶圆：切割出的晶圆经过抛光后变得几乎完美无瑕，表面甚至可以当镜子。Intel自己并不生产这种晶圆，而是从第三方半导体企业那里直接购买成品，然后利用自己的生产线进一步加工，比如现在主流的45nmHKMG(高K金属栅极)。Intel公司创立之初使用的晶圆

3、尺寸只有2英寸/50毫米。三、芯片制造过程6.光刻胶(PhotoResist)：图中蓝色部分就是在晶圆旋转过程中浇上去的光刻胶液体，类似制作传统胶片的那种。晶圆旋转可以让光刻胶铺的非常薄、非常平。光刻一：光刻胶层随后透过掩模(Mask)被曝光在紫外线(UV)之下，变得可溶，期间发生的化学反应类似按下机械相机快门那一刻胶片的变化。掩模上印着预先设计好的电路图案，紫外线透过它照在光刻胶层上，就会形成微处理器的每一层电路图案。一般来说，在晶圆上得到的电路图案是掩模上图案的四分之一。紫外光（UV）分类，g线：436nm;i线：365nm。深紫外光（DUV）,KrF准分子激

4、光：248nm,ArF准分子激光：193nm。极紫外光（EUV），10-15nm。光刻二：由此进入50-200纳米尺寸的晶体管级别。一块晶圆上可以切割出数百个处理器，不过从这里开始把视野缩小到其中一个上，展示如何制作晶体管等部件。现在的晶体管已经如此之小，一个针头上就能放下大约3000万个。晶体管：是一种固体半导体器件，具有检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制等多种功能。晶体管泛指一切以半导体材料为基础的单一元件，包括各种半导体材料制成的二极管、三极管、场效应管、可控硅等。晶体管有时多指晶体三极管。第四阶段7.溶解光刻胶：光刻过程中曝光在紫外线下的光刻胶被溶解掉

5、，清除后留下的图案和掩模上的一致。8.蚀刻：使用化学物质溶解掉暴露出来的晶圆部分，而剩下的光刻胶保护着不应该蚀刻的部分。9.清除光刻胶：蚀刻完成后，光刻胶的使命宣告完成，全部清除后就可以看到设计好的电路图案。第五阶段10.光刻胶：再次浇上光刻胶(蓝色部分)，然后光刻，并洗掉曝光的部分，剩下的光刻胶还是用来保护不会离子注入的那部分材料。11.离子注入(IonImplantation)：在真空系统中，用经过加速的、要掺杂的原子的离子照射(注入)固体材料，从而在被注入的区域形成特殊的注入层，并改变这些区域的硅的导电性。经过电场加速后，注入的离子流的速度可以超过30万千米

6、每小时。12.清除光刻胶：离子注入完成后，光刻胶也被清除，而注入区域(绿色部分)也已掺杂，注入了不同的原子。注意这时候的绿色和之前已经有所不同。第六阶段13.晶体管就绪：至此，晶体管已经基本完成。在绝缘材(品红色)上蚀刻出三个孔洞，并填充铜，以便和其它晶体管互连。14.电镀：在晶圆上电镀一层硫酸铜，将铜离子沉淀到晶体管上。铜离子会从正极(阳极)走向负极(阴极)。15.铜层：电镀完成后，铜离子沉积在晶圆表面，形成一个薄薄的铜层。第七阶段16.抛光：将多余的铜抛光掉，也就是磨光晶圆表面。18.金属层：晶体管级别，六个晶体管的组合，大约500纳米。在不同晶体管之间形成复

7、合互连金属层，具体布局取决于相应处理器所需要的不同功能性。芯片表面看起来异常平滑，但事实上可能包含20多层复杂的电路，放大之后可以看到极其复杂的电路网络，形如未来派的多层高速公路系统。第八阶段19.晶圆测试：内核级别，大约10毫米/0.5英寸。图中是晶圆的局部，正在接受第一次功能性测试，使用参考电路图案和每一块芯片进行对比。20.晶圆切片(Slicing)：晶圆级别，300毫米/12英寸。将晶圆切割成块，每一块就是一个处理器的内核(Die)。21.丢弃瑕疵内核：晶圆级别。测试过程中发现的有瑕疵的内核被抛弃，留下完好的准备进入下一步。第九阶段22.单个内核：内核级别

8、。从晶圆上