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模拟集成电路设计 Chapter 2.1 半导体工艺 BJT VS MOST ? Almost every comparison favors the BJT, however a similar comparison made from a digital viewpoint would come up on the side of CMOS. ? Therefore, since large-volume mixed-mode technology will be driven by digital demands, CMOS is an obvious result as the technology of availability. 晶圆 单晶硅制备：采用Float zone技术(沿100或111朝向生长) 硅棒(Silicon ingot)：直径75-300mm，长度1-2m 晶圆(Wafer)：厚度0.5-0.7mm(依所需物理强度而定)，直径100-150mm； MOS加工技术 氧化(Oxidation); 扩散(Diffusion); 离子注入(Ion implantation); 沉积(Deposition); 刻蚀(Etching); 光刻术(Photolithography) 封装(Package); N型阱制作步骤(n-Well CMOS Fabrication Steps) 。 2.1.1 氧化(Oxidation) 氧化必须保持在非常干净的环境中完成，并配以专用的高温炉(1000oC-1200oC)。 氧化分“干氧化”和“湿氧化”两种，前者只有高浓度的氧气，后者则加一些水气成为蒸气。 通常，湿氧化反应速度较快，而干氧化的电特性好。 干氧化成膜的厚度比较薄，在100至1000 ?范围 ，而湿氧化成膜的厚度 则1000 ?。 2.1.2 扩散(Diffusion) 扩散是指在半导体材料表面的杂质原子进入材料体内的运动。固体中的扩散比较缓慢； 通常扩散在高温炉里进行，温度在800oC-1400oC，当温度降回到室温时，杂质就被“冻结”在材料体内，扩散的速度和杂质在材料体内的分布都与温度密切相关； 扩散类型 2.1.3 离子注入(Ion implantation) 离子注入法：将经电场加速后的高速杂质离子束，射击到晶圆表面，使杂质离子驻留在晶体中。 离子注入的渗透深度：0.1-0.6μm，与离子束向晶圆表面的入射速度和角度有关； 一部分注入晶体的杂质可能会“穿隧道” (channeling)，注入过深，补救的方法是在晶圆表面加膜，以漫化(randomize)离子束方向，减小这部分离子的能量和比例； 还有一部分离子可能会把晶体原子撞走，使晶格(变形)受损，留下的杂质离子，也因失能而使其电性变惰(inactive)。 需要用退火(annealing，先加温到800oC，后缓冷。)的办法修复晶格。 离子注入好处 离子注入可在室温下进行，操作便利； 比较精确的控制杂质分布，精度高达±5％，尤其是可以任选在晶体表面很小的区域实现高浓度掺杂； 高速离子可以穿过掩膜，不需要像热扩散那样，每次掺杂都要打开掩膜，掺杂后又要重新氧化镀膜。 2.1.4 沉积 沉积：使各种物质沉积在晶圆硅表面形成薄膜。 常用的沉积方法有几种： 1.化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition) ； 2.溅射； 3. 蒸发。 不同的沉积方法有不同的用途。 2.1.5 刻蚀(Etching); 刻蚀：除去暴露(exposed)的材料。 湿刻蚀(wet etching):用化学药品进行刻蚀。对时间和温度特别敏感，须小心使用 用氢氟酸(HF，hydrofluoric acid)刻蚀SiO2； 用磷酸(H3PO4，phosphoric acid)刻蚀Si3N4； 用硝酸(H2NO3 ，nitric acid)、醋酸(,acetic acid)或氢氟酸(HF，hydrofluoric acid)刻蚀多晶硅(polysilicon); 用氢氧化钾(KOH，potassium hydroxide)刻蚀晶硅(silicon); 用磷酸(H3PO4，phosphoric acid)混合物刻蚀金属。 干刻蚀或等离子体刻蚀 Dry etching or plasma etching:用被射频生成的等离子体(RF-generated plasma)进行化学激活过离子气体进行刻蚀； 干刻蚀需要把控气压、气流速率、气体混合物和射频的功率的特性并加以优化； 干刻蚀与溅射方法很相像，使用的仪器也相同； 干刻蚀属亚微米(submicron)技术，它可以达到各向异性分布。 刻蚀示意图 2.1.6 光刻术(Photolithography) 问题：之前介绍的加工