会计学1电子元器件制造电子元器件制造(zhzo)技术技术第一页，共32页发展发展(fzhn)(fzhn)里程碑里程碑1 1基本基本(jbn)(jbn)工艺工艺2 2器件工艺器件工艺3 3芯片加工中的缺陷和成品率预测芯片加工中的缺陷和成品率预测 4 4第1页/共32页第二页，共32页第2页/共32页第三页，共32页第3页/共32页第四页，共32页历史(lsh)回顾v v 摩尔定律摩尔定律1965年，仙童半导体的研发主管摩尔(Gordon Moore) 指出：微处理器芯片的电路密度，以及它潜在(qinzi)的计算能力，每隔一年翻番后来，这一表述又修正为每18个月翻番这也就是(jish)后来闻名于IT界的“摩尔定律”戈登戈登.摩尔摩尔第4页/共32页第五页，共32页集成电路(jchng-dinl)现状vv芯片特征芯片特征(tzh(tzhng)ng)尺寸尺寸vv晶片尺寸晶片尺寸450mm(18英寸英寸(yngcn)(预计预计2012年面世年面世)、300mm(12英寸英寸,2002)、200mm(8英寸英寸,1990)Intel CPU芯片特征尺寸芯片特征尺寸Intel 45nm晶片晶片第5页/共32页第六页，共32页。
第6页/共32页第七页，共32页a)一次氧化(ynghu) (b)光刻基区 (c)基区硼扩散、氧化(ynghu) (d)光刻发射区(e)发射区磷扩散、氧化(ynghu) (f)光刻引线孔 (g)蒸镀铝膜 (h)刻蚀铝电极第7页/共32页第八页，共32页原料：石英石粗硅四氯化硅高温高温炭还原炭还原氯化氯化多晶硅高温氯还原高温氯还原单晶硅直拉法直拉法区熔法区熔法硅片切割切割磨片磨片第8页/共32页第九页，共32页加热，其中的多晶硅料全部熔化；n将籽晶下降至与熔融的多晶硅接触，熔融的多晶硅会沿籽晶结晶，并随籽晶的逐渐上升而生长成棒状单晶第9页/共32页第十页，共32页3、切片(qi pin)-清洗1、单晶生长、单晶生长(shngzhng)2、单晶切割分段、单晶切割分段-滚磨外圆滚磨外圆-定位面研磨定位面研磨4、磨片、磨片-清洗清洗5、抛光、抛光-清洗清洗6最终晶片最终晶片第10页/共32页第十一页，共32页n淀积温度(wnd)低、薄膜成分和厚度易于控制、均匀性和重复性好、设备简单第11页/共32页第十二页，共32页第12页/共32页第十三页，共32页n湿氧氧化法：实质上是干氧氧化和水汽氧化的混合，氧化速率介于二者之间。
第13页/共32页第十四页，共32页n造成的后果：使氧化层不连续，破坏了二氧化硅的绝缘作用，针裂纹和针孔可使扩散掩埋失效，形成短路，连线或铝电极下的二氧化硅有针孔会引起短路n厚薄(hub)不均匀n产生原因：氧化层划伤；n造成后果：会降低耐压，使击穿电压降低或丧失对杂质扩散的掩蔽能力，或者金属与硅之间短路而使器件失效；n氧化层电荷第14页/共32页第十五页，共32页第15页/共32页第十六页，共32页在高压电场的作用下，由于气体放电形成离子，这些离子在强电场作用下被加速，然后(rnhu)轰击靶材料，使其原子逸出并被溅射到晶片上，形成金属膜；n溅射法形成的薄膜比蒸发淀积的薄膜附着力更强，且膜更加致密、均匀第16页/共32页第十七页，共32页第17页/共32页第十八页，共32页第18页/共32页第十九页，共32页第19页/共32页第二十页，共32页n形式和浓度；n离子注入：将杂质转换(zhunhun)为高能离子的形式，直接注入硅的体内n掺杂浓度控制精确、位置准确第20页/共32页第二十一页，共32页第21页/共32页第二十二页，共32页第22页/共32页第二十三页，共32页PMOS型双极型MOS型CMOS型NMOS型BiMOS第23页/共32页第二十四页，共32页。
双极型硅工艺(gngy)vv工艺工艺(g(gngy)ngy)特点特点集成电路中各元件之间需要(xyo)进行电隔离；常规工艺中大多采用PN结隔离，即用反向PN结达到元件之间相互绝缘的目的除PN结隔离以外，有时也采用介质隔离或两者混合隔离法双极型集成电路中需要增添隐埋层；工艺过程是：在 P型硅片上，在预计制作集电极的正下方某一区域里先扩散一层高浓度施主杂质即N+区;而后在其上再外延生长一层N型硅单晶层于是，N型外延层将N+区隐埋在下面，再在这一外延层上制作晶体管双极型集成电路元件间需要互连线； 通常为金属铝薄层互连线第24页/共32页第二十五页，共32页双极型硅工艺(gngy)vv经过经过(j(jnggu) 5nggu) 5次氧化次氧化vv对二氧化硅薄层对二氧化硅薄层(bo cn(bo cn)进进行行5 5次光刻，刻蚀出供次光刻，刻蚀出供扩散掺杂用的图形窗口扩散掺杂用的图形窗口vv最后还经过两次光刻，最后还经过两次光刻，刻蚀出金属铝互连布线刻蚀出金属铝互连布线和钝化后用于压焊点的和钝化后用于压焊点的窗口第25页/共32页第二十六页，共32页v 芯片的制造缺陷：引起成品率下降的主要因素全局缺陷几乎可以消除;光刻对准误差、工艺参数(cnsh)随机起伏和线宽变化等;局域缺陷光刻工艺中引入的氧化物针孔缺陷等点缺陷;控制随机点缺陷是相当困难;冗余物缺陷:短路故障；丢失物缺陷:开路故障；氧化物针孔(zhn kn)缺陷:电路短路故障；结泄漏缺陷:电路短路故障；洁净室内空气中的灰尘微粒；硅片和设备的物理接触(jich)；各类化学试剂中的杂质颗粒。
芯片加工中的缺陷和成品率预测v v 点缺陷点缺陷v v 来源来源第26页/共32页第二十七页，共32页chn)电路芯片与各种分立元器件通过一定的工艺进行二次集成(j chn)，构成一个完整的、更复杂的功能器件，该功能器件最后被封装在一个管壳中，作为一个整体使用因此，有时也称混合集成(j chn)电路为二次集成(j chn)IC第27页/共32页第二十八页，共32页混合集成电路PK印刷电路板 混合集成电路可比等效的印刷电路板体积小46 倍、重量轻10倍，但成本较高 散热 混合电路中，大功率器件可以直接装在导热好的陶瓷基片上 印刷电路板上要将元器件贴到电路板上，且用粘结剂粘上很重的散热板或使用金属芯的电路板混合集成电路PK半导体集成电路 混合电路设计容易， 成本更低，投产(tuchn)快，适合中小批量产品的生产混合混合(hnh)集成电路工艺集成电路工艺第28页/共32页第二十九页，共32页混合集成电路(jchng-dinl)工艺v v 厚膜混合厚膜混合(hnh)(hnh)集成电路集成电路 40年代中期出现；膜厚一般在几微米至几十微米；一般采用丝网印刷工艺，是一种非真空成膜技术(jsh)；特点是设计更为灵活、工艺简便、成本低廉，特别适宜于多品种小批量生产；常用在高压、大电流、大功率耐高温混合集成电路以及较低频段的微波集成电路方面。
v v 薄膜混合集成电路薄膜混合集成电路50年代末期发展起来；薄膜的膜厚大多小于1微米；薄膜电路采用的是真空蒸发、磁控溅射等工艺方法，是一种真空成膜技术；常用在高精度、高稳定性低噪声电路以及微波集成电路，抗辐射电路方面第29页/共32页第三十页，共32页第30页/共32页第三十一页，共32页第31页/共32页第三十二页，共32页。