導(dǎo)讀超哥半導(dǎo)體工程師2022-04-1011:07集成電路的生產(chǎn)從拋光好的晶圓開始。下圖的截面圖按順序展示了構(gòu)成一個(gè)簡單的硅柵MOS晶體管結(jié)構(gòu)所需的基礎(chǔ)工藝。每....超哥 半導(dǎo)體工程師 2022-04-10 11:07

集成電路的生產(chǎn)從拋光好的晶圓開始。下圖的截面圖按順序展示了構(gòu)成一個(gè)簡單的硅柵MOS晶體管結(jié)構(gòu)所需的基礎(chǔ)工藝。每一步工藝生產(chǎn)的說明如下。

第1步:薄膜工藝。

對(duì)晶圓表面的氧化會(huì)形成一層保護(hù)薄膜，它可作為摻雜的阻擋層。這層二氧化硅膜被稱為場氧化層(fieldoxide)。

第2步:圖形化工藝。

通過光刻、刻蝕、去膠工藝，在場氧化層上開凹孔以定義晶體管的源極、柵極和漏極的特定位置。

第3步:薄膜工藝。

接下來，晶圓將經(jīng)過二氧化硅氧化反應(yīng)加工。晶圓暴露的硅表面會(huì)生長一層氧化薄膜。它可作為柵極氧化層。

第4步:薄膜工藝。

在這一步晶圓上淀積一層多晶硅作為柵極結(jié)構(gòu)。

第5步:圖形化工藝。

通過光刻工藝，在氧化層/多晶硅層按電路圖形刻蝕兩個(gè)開口，它們定義了晶體管的源極和漏極區(qū)域。

第6步:摻雜工藝。

摻雜加工用于在源極和漏極區(qū)域形成N型雜區(qū)。

第7步:薄膜工藝。

在源極和漏極區(qū)域生長一層氧化膜。

第8步:圖形化工藝。

通過光刻、刻蝕和去膠工藝，分別在源極、柵極和漏極區(qū)域刻蝕形成的孔，稱為接觸孔。

第9步:薄膜工藝。

在整個(gè)晶圓的表面淀積一層導(dǎo)電金屬，該金屬通常是鋁的合金。

第10步:圖形化工藝。

通過光刻刻蝕和去膠工藝晶圓表面金屬鍍層在芯片和劃片線上的部分按照電路圖形除去。金屬膜剩下的部分將芯片的每個(gè)元件按照設(shè)計(jì)要求準(zhǔn)確無誤地連接起來。

第11步:熱處理工藝。

緊隨金屬刻蝕加工后晶圓將在氮?dú)猸h(huán)境下經(jīng)歷加熱工藝。此步加工的目的是使金屬與源、漏、柵極進(jìn)一步熔合以獲得更好的電性能接觸連接。

第12步:薄膜工藝。

芯片器件上的最后一層是保護(hù)層，通常被稱為防刮層(scratch layer)或鈍化層(passivation layer)。它的用途是使芯片表面的元件在電測、封裝及使用時(shí)得到保護(hù)。

第13步:圖形化工藝。

通過光刻刻蝕和去膠工藝，在整個(gè)工藝加工序列的最后一步是將位于芯片周邊金屬引線壓點(diǎn)上的鈍化層刻蝕掉，這一步被稱為壓點(diǎn)掩模(pad mask)。

這13個(gè)步驟的工藝流程舉例，闡述了4種最基本的工藝方法是如何應(yīng)用到制造一個(gè)具體的晶體管結(jié)構(gòu)的。電路所需的其他元件(二極管、電器和電容器)也同時(shí)在電路的不同區(qū)域上構(gòu)成。比如，在這個(gè)工藝流程下，電阻的圖形和晶體管源/漏極圖形同時(shí)被添加在晶圓上。隨后的擴(kuò)散工藝形成源極/柵極和電阻。對(duì)于其他形式的晶體管，如雙極型和硅柵MOS晶體管，也同樣是由這4種最基本的工藝方法加工而成的，不同的只是所用材料和工藝流程不同。

總體來說，在制造工藝的前一部分將形成電路元件，被稱為前端工藝線(FEOL);在制造工藝的后一部分將連接電路元件的各種金屬化加到晶圓表面，這一部分被稱為后端工藝線(BEOL)。

現(xiàn)代芯片結(jié)構(gòu)比上述的簡單工藝復(fù)雜許多倍。它們有許多薄膜層和摻雜區(qū)，以及數(shù)層附加在表面的層，包括散布在介質(zhì)層中間的多層導(dǎo)體，詳見下圖。

實(shí)現(xiàn)這些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)要求許多工藝。換言之，每一個(gè)工藝要求數(shù)個(gè)步驟和子步驟。實(shí)際上64Gb CMOS 器件的工藝可能需要180個(gè)主要步驟52個(gè)清洗/剝離步驟以及多達(dá)28 塊掩模版。所有這些主要步驟也是這4種基本工藝之一。

若產(chǎn)業(yè)界的柵條達(dá)到幾個(gè)原子寬而在電路上堆疊金屬的水平，到那時(shí)工藝步驟就將達(dá)到500步或更多。

傳統(tǒng)芯片的封裝工藝始于劃片機(jī)對(duì)整個(gè)晶圓分離成單個(gè)芯片的過程，這就對(duì)精密劃片機(jī)的設(shè)備提出了更高的要求。

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