《3,.3 工艺布局
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3】.3:.1、3《.3.2 》 集:成电路芯片工艺【十分复杂复》。杂电路的工艺—步骤可高达500】多步一般可概分为前!段工艺及后段工艺】。硅片下线后在其清】洗过后?的表:面上:通过氧?化或化学气》相,淀积的方法形成【各种薄膜经由光【刻成型与刻蚀工【。艺形成各类图形【。采用离子注》入或扩散方法—掺杂形成所需的电学!特性再通过溅射【形成多重《导线如此多次循环重!复最终形成电路图】形
1】 清洗工》艺,
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清洗》工,艺主要?用来去除金属杂质、!有机物污染、微尘一!般情况下使用—高纯度?的化学品来》清,洗高纯度的去—离子纯?。水来洗濯最后—在高纯?度的气体环境下高速!。脱,。水甩干或采》用高挥?发性的有机溶剂除】湿,干化:按照清洗方式的不同!。一般可分为湿法化学!法、物?理洗净法和干法洗净!。法
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:2 氧化工艺
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氧化工艺由硅】的氧化形《成氧化层作为性【能良好的绝缘材料】一般可分为湿法氧】化,法和干法氧化法【;,而常见的氧化设备有!水平式与直立式炉管!
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3 扩散!工,艺,
扩散工!艺是指物质(气【、固、液)中—的原子或《分子在高温》状态下因高温激化作!用由:高浓度?区域移至低浓度区】域
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4 化学气!。相淀:积工艺?
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化学气相淀积工】艺利:。。用气态?的化学材《料在硅片表》面产:生化学?反应:并在硅片《表面上淀积形—成一层固体薄—膜如:二氧化?硅、各种硅》玻,璃、多晶硅、氮化】硅、:钨与硅化钨等因反应!压力:的不同一般》可分为常压化学气】相淀积法、低—压化学气相淀积法(!。相关设备有》批量加工形》式的炉?管也有单一硅片加】工形式的设备)【、亚大气压化学气】相淀积?法、等离子体—。增强型化学气—相淀:积法、高密度等离】子体增强型化学【气相淀积法
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5 离》子注入?工艺:
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离子注》。入工艺是通》过将选定的离子加】速射入硅片的特定】区域:。而改变?其电学?特性的?一种工?艺一般可《。以分为?大电流型、低能型、!。中低电流型、高能】型
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6《 溅射工》艺
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溅射工艺!通,过靶材来提供—镀膜的?金属:。材料利用其》重力作用使》靶材产生的金—属晶:粒掉落至硅片—表面从而形》成金属薄膜
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7 《刻蚀工艺
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刻蚀工艺》。用于将形成》在硅片表面的薄膜】。被全部?或依照特定图形【部分:地去除至必要的厚】度一般可以分为湿】法刻蚀?和干法刻蚀湿法【刻蚀利用《液体酸液或溶—剂将不要的薄膜去】除干法刻蚀利用带】电粒子以及具—。有高度活性》化学的中性原子和】自由基的等离子体将!不要的薄《膜去除
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8《 光刻工艺
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光刻—。工艺是掩膜板上【的图形在感光材料光!刻胶上成《像的过程流程一般】分为气相《。成底膜?、旋转?涂胶、软烘、对准和!曝光、曝光后—烘焙:、显影、坚膜—烘焙等曝《光设备?一般又可依》波长之不《同分为365—nm的I-li【。。ne、2《48nm的Kr【F深紫外线曝光设】备以及19》3nm的ArF深紫!外线曝光设备—。。和浸润式《曝光设?备工艺?相,关设备需放置—在黄光的区域—该区域需《要有独立的回风对洁!净度亦?有较高的《需求:并装置?去离:子器对温《度、湿度、抗微振性!。能有最高的要求
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9 化!学机械研《磨工艺
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化学机械研!磨,工艺是把芯》片放在旋转的研【磨垫上施加一定【的压力用化学—研磨液进行研—。。磨的平坦化过程以】完成多层布线所需的!平坦度要求通常应】。用在8?英寸及以上的芯片加!工工艺中
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10 检测!
透【过微分析技术对材】料以及工艺品—。质,做鉴定和《改善可概分为在【线检测及离线检【测
11! 硅片验收测试】
硅【片验收测试是—在工艺流程结束后对!芯片:做电性测《。量用:来检验各段工艺流】程是否符合标—准
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1《2 中测
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中测》的目的是将》硅片中不《良的芯?片挑选出来通常包】含电压、电》流、时?序和功能的验证所】用到的设备有测试】机、探针卡、探针台!以及测试机与—探针卡之间的—接口等?
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:。3.3.3 在芯!片制造过程中为【了,降低生?产,工序中发生的成本必!须设计出最合—理的设备布》局来缩?短搬运的距离—和时间提高设备【的利用率一》般会根据由工—艺技术确定工艺流程!
【 通《过对工艺流程的【步骤分析计》算芯片在生产—。过程中?传送各功能区域的】频次如?图1范例工》艺流程与芯片传送频!次参数
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》通过分析频次的数】量为了减少硅—片,传送距离《传送频次《较高的?区,域建议?相邻放?置如光刻区》要靠近?刻蚀区刻蚀》区要靠近去胶清【洗区等
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图1 工艺!流程与芯片》传送频?次参:数
! 前段工艺(FEO!L):包括硅片下》线浅沟道隔离—与有源区的形成【阱,区离子注入栅—。极形成?源漏极形成硅—化物形?成后段?工艺(BEOL)包!。括器件与金属层【间介电层形成—接触孔形《成多层?。金属:层连接金属层间介】电层形成《。铝压:点,保,护层形?成硅片验收测—试等:进入后段《工艺的硅片应避免与!前段工艺混用—设备以免金属—。离子等污染前—段工艺中的硅—片,造成电气《性能异常
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?3.3.4、3【。。.3.5 集【成,。电路芯片生产—的布局如图2—所示的演进趋势
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图2 《 集:成电:路芯片产生的布局演!进,趋势
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? 对》于4英寸~》6英寸芯片生产由】于通常采用片盒开敞!式生产操作区空【气中的尘埃会直接】影响硅片电路—的电气性能因此【对于操作区的—净化要求较高为了】节省运行《费,用保证净化》。要求通常采》用壁板将操作区【和低洁净度》要求的设备区分【开
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, , 随着》芯片加工尺寸—向8英寸及1—2英寸?发展对于线宽的要求!也越来越高大面【积高洁?净度净化区的造【价和运行成本越发】昂,贵因此采《用标准机械接口【加微环境的生产方式!成,为8英寸及》12英寸芯片生【产方式?的,。主流在?这种方式《中硅片放置在密【闭的:片盒中在运输和加】工过程中《不会受到《外界环境的污—染因此操作》区可以采《用较低的《。净化等级同时8【英寸:及12?。英,寸的生?产辅助?设备通常可以放置】在生产区的下技术】夹层中?以减少在生产区占用!的面积可以提高净化!区的:面积利用率扩—大单位面积的产【。能因此在《生,产区中就没有采【用隔墙将《操作:区和:设备区隔开同时【可以提高设备布【置的灵活性
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《3.3.9 由】于硅集成电路生产对!环境要求很》高,参观人员进入生产】区参:观会对环《。境及生产产生—不利的影响》同时进入洁》净,区换鞋?、更衣等《步骤耗时较多因此通!常会:在洁:净生产区外设置参观!走道参观《走道通常布置在厂】房的一侧或环形布置!
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3—.3.1《0, 对?于早期的8英—寸芯片工厂来说大部!分硅片传送、存储】和分发是《通过人工操》作完成的目前—多数:8英寸和12英【寸芯片工《厂设有自《动物料?处理系统(AM【HS)其优》点在于有效利—用洁净室《空,。间、:有效地管《理生产?中的芯片、有效地】降低操?作人员的负》担近而减少在传送硅!。片时的失误在一【些1:2英寸生产工厂运输!系统可延《伸到不同的生产【区域借?助,吊挂传输系统(OH!T)将芯片》直接传递到设—备端今后《自动:物,。料处理系统中还要】在提高生产速度、】缩短生产周期—和快速适应芯片制造!环境变化等》方面进行持续改善在!首次投片到》成熟生产《期间快速发展起来】同时适?应和满足芯片工厂】的,各种需求《
! 在计算自动物料】处理系统时》应考:虑生产周《期、生产线成品率、!研发和生《产工艺验证投片【需求、机《械手臂?的处理?能力等因素来决【定,储位:数量和载送距离【。。。
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