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晶圆尺寸的概念-晶圆制造流程及工艺-KIA MOS管

信息来源:本站 日期:2019-05-21 

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晶圆,晶圆尺寸的概念

晶圆

在了解晶圆尺寸的概念之前,先来了解一下晶圆的一些基本知识。晶圆是最常用的半导体材料,按其直径分为4英寸、5英寸、6英寸、8英寸等规格,近来发展出12英寸甚至研发更大规格(14英吋、15英吋、16英吋、……20英吋以上等)。晶圆越大,同一圆片上可生产的IC就越多,可降低成本;但对材料技术和生产技术的要求更高。一般认为硅晶圆的直径越大,代表着这座晶圆厂有更好的技术.在生产晶圆的过程当中,良品率是很重要的条件。


晶圆制造过程及工艺

(一)制造过程

二氧化硅矿石经由电弧炉提炼,盐酸氯化,并经蒸馏后,制成了高纯度的多晶硅,其纯度高达99.999999999%。晶圆制造厂再将此多晶硅熔解,再于溶液内掺入一小粒的硅晶体晶种,然后将其慢慢拉出,以形成圆柱状的单晶硅晶棒,由于硅晶棒是由一颗小晶粒在融熔态的硅原料中逐渐生成,此过程称为“长晶”。 硅晶棒再经过研磨,抛光,切片后,即成为集成电路工厂的基本原料——硅晶圆片,这就是“晶圆”。


简单的说,单晶硅圆片由普通硅砂拉制提炼,经过溶解、提纯、蒸馏一系列措施制成单晶硅棒,单晶硅棒经过抛光、切片之后,就成为了晶圆。


晶圆经多次光罩处理,其中每一次的步骤包括感光剂途布、曝光、显影、腐蚀、渗透或蒸著等等,制成具有多层线路与元件的IC晶圆,再交由后段的测试、切割、封装厂,以制成实体的集成电路成品。


(二)制造工艺

晶圆制造工艺

表面清洗

晶圆表面附着一层大约2um的Al2O3和甘油混合液保护之,在制作前必须进行化学刻蚀和表面清洗。


晶圆,晶圆尺寸的概念


初次氧化

有热氧化法生成SiO2 缓冲层,用来减小后续中Si3N4对晶圆的应力氧化技术:干法氧化Si(固)+O2 à SiO2(固)和湿法氧化Si(固)+2H2O à SiO2(固)+2H2。干法氧化通常用来形成,栅极二氧化硅膜,要求薄,界面能级和固定电荷密度低的薄膜。

热CVD(HotCVD)/(thermalCVD)


此方法生产性高,梯状敷层性佳(不管多凹凸不平,深孔中的表面亦产生反应,及气体可到达表面而附着薄膜)等,故用途极广。膜生成原理,例如由挥发性金属卤化物(MX)及金属有机化合物(MR)等在高温中气相化学反应(热分解,氢还原、氧化、替换反应等)在基板上形成氮化物、氧化物、碳化物、硅化物、硼化物、高熔点金属、金属、半导体等薄膜方法。


热处理

在涂敷光刻胶之前,将洗净的基片表面涂上附着性增强剂或将基片放在惰性气体中进行热处理。这样处理是为了增加光刻胶与基片间的粘附能力,防止显影时光刻胶图形的脱落以及防止湿法腐蚀时产生侧面腐蚀(sideetching)。光刻胶的涂敷是用转速和旋转时间可自由设定的甩胶机来进行的。


去除氮化硅

此处用干法氧化法将氮化硅去除


离子注入

离子布植将硼离子(B+3) 透过SiO2 膜注入衬底,形成P型阱离子注入法是利用电场加速杂质离子,将其注入硅衬底中的方法。离子注入法的特点是可以精密地控制扩散法难以得到的低浓度杂质分布。


退火处理

去除光刻胶放高温炉中进行退火处理 以消除晶圆中晶格缺陷和内应力,以恢复晶格的完整性。使植入的掺杂原子扩散到替代位置,产生电特性。


去除氮化硅层

用热磷酸去除氮化硅层,掺杂磷(P+5) 离子,形成N 型阱,并使原先的SiO2 膜厚度增加,达到阻止下一步中n 型杂质注入P 型阱中。


去除SIO2层

退火处理,然后用HF 去除SiO2 层。


干法氧化法

干法氧化法生成一层SiO2 层,然后LPCVD 沉积一层氮化硅。此时P 阱的表面因SiO2 层的生长与刻蚀已低于N 阱的表面水平面。这里的SiO2 层和氮化硅的作用与前面一样。接下来的步骤是为了隔离区和栅极与晶面之间的隔离层。


光刻技术和离子刻蚀技术

利用光刻技术和离子刻蚀技术,保留下栅隔离层上面的氮化硅层。


湿法氧化

生长未有氮化硅保护的SiO2 层,形成PN 之间的隔离区。


生成SIO2薄膜

热磷酸去除氮化硅,然后用HF 溶液去除栅隔离层位置的SiO2 ,并重新生成品质更好的SiO2 薄膜, 作为栅极氧化层。


氧化

LPCVD 沉积多晶硅层,然后涂敷光阻进行光刻,以及等离子蚀刻技术,栅极结构,并氧化生成SiO2 保护层。


形成源漏极

表面涂敷光阻,去除P 阱区的光阻,注入砷(As) 离子,形成NMOS 的源漏极。用同样的方法,在N 阱区,注入B 离子形成PMOS 的源漏极。


沉积

利用PECVD 沉积一层无掺杂氧化层,保护元件,并进行退火处理。


沉积掺杂硼磷的氧化层

含有硼磷杂质的SiO2 层,有较低的熔点,硼磷氧化层(BPSG) 加热到800 oC 时会软化并有流动特性,可使晶圆表面初级平坦化。


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深处理

溅镀第一层金属利用光刻技术留出金属接触洞,溅镀钛+ 氮化钛+ 铝+ 氮化钛等多层金属膜。离子刻蚀出布线结构,并用PECVD 在上面沉积一层SiO2 介电质。并用SOG (spin on glass) 使表面平坦,加热去除SOG 中的溶剂。然后再沉积一层介电质,为沉积第二层金属作准备。


晶圆尺寸的概念

晶圆是原材料加工上的称呼,PCB主板上插接件如cpu、二极管等都是由晶圆加工而来的。目前市面上出现的晶圆直径是分为150mm,300mm以及450mm这三种,晶圆切割成好多小Die后,形状不一的正方形、长方形等都有的。


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