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硅单片集成电路芯片制造的关键技术

发布时间:2024-04-26 发布时间:
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集成电路工艺按其制造流程可以分为前后两步,前工序一般指管芯内部元器件制作并用金属化薄膜完成芯片内部电气连接,后工序主要是从圆片背面减薄、芯片分离、芯片及内引线压焊封装,一直到电性能测试、可靠性检测入库。本节仅以CMOS芯片制造工艺为例,作简要介绍。

迄今为止,制造集成电路的工艺体系基本上是以1958年发明的硅平面工艺技术为基础发展而来的。平面工艺的核心要点是在半导体材料的表面生长一层氧化层,再利用光刻技术。在氧化层(Si02)上刻出窗口,利用S102对杂质的掩蔽特性,实现对硅(Si)中的选择性掺杂,形成晶体管、二极管等元器件结构。

用平面工艺形成NPN晶体管结构的主要流程如下:①选用N型硅材料为衬底,在表面上生长一层Si02。②用光刻方法在Si02层上亥旷出窗口。③用扩散方法向硅中掺人硼原子,由于S102对硼原子的掩蔽作用,硼只能从窗口向硅内扩散。又由于扩散PM5346是同时沿垂直和水平方向进行的,因此硅中局部区域通过补偿作用形成P型区,得到PN结剖面。④重复上述光刻、扩散(掺人五价磷原子)过程,就形成了NPN结构。用平面工艺形成的PN结表面除右Si02覆盖外,结的边缘均终止在同一“平面”——硅平面,因此称之为平面工艺。

半导体集成电路的工艺技术主要包括以下几个方面。

(1)硅基片制备工艺:指从硅单晶生长、晶片加工(有时包括外延生长有源层)到最终形成作为集成电路衬底和有源区的硅片的一整套工艺技术。

(2)掺杂工艺:包括各种扩散掺杂和离子注入掺杂技术。VLSI芯片具有复杂的纵向结构,掺杂工艺不仅要能制造浅结(0.1~0.2y,m甚至更浅),而且要求能精确控制杂质在硅片内的浓度及其纵向分布。

(3)微细图形加工工艺:包括图形的复印和刻蚀转移两个方面。

(4)介质薄膜工艺:包括热氧化生长技术和各种CVD、PVD技术。最新的VLSICMOSIC栅介质厚度在lOnm左右,而且要求介质膜的电击穿特性良好,缺陷密度低。由于芯片上会出现陡直的台阶结构,因此必须解决超薄介质膜生长台阶覆盖良好的CVD技术以及低应力介质膜工艺等问题。

(5)金属薄膜工艺:在硅片上集成电路各元件的互连是通过金属互连线来实现的。而金属互连线的宽度和特征尺寸一样,例如对于0.35μm的集成电路工艺,典型的金属引线的宽度仅仅为0.35μm。金属互连线的质量的好坏直接影响到VLSI酌质量。金属薄膜工艺包括真空蒸发、溅射技术和CVD技术。引线孔的填充和多层金属互连已成为IC工艺发展中的关键技术。

(6)净化技术:VLSI对工艺场所、工艺设备、纯水、试剂和各种气体洁净程度以及各项硅片操作的颗粒污染等都有严格的要求。

集成电路的主要工艺技术。

下面以硅栅CMOS为例对集成电路的主要流程作原理性介绍。常规N阱COMS集成电路共需阱版、有源区版、多晶硅版、P管扩散版、N管扩散版、Ω孔版、铝版、钝化版等光刻掩模版。

CMOS工艺的种类很多,还有P阱CMOS、自对准硅栅CMOS等多种工艺形式,均是利用专用设备和工艺技术对单项基本工艺进行改进、组合、延伸,达到提高和改进CMOS集成电路性能的目的。目前实际生产的CMOS集成电路远比上图描述的要复杂,例如图中的铝膜蒸发和光刻铝膜实际上有7~9层之多,如果用铜互连,工艺更为复杂,其他工艺亦有类似情况。

除CMOS工艺外,还有双极集成电路工艺,双极CMOS集成电路工艺等。


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