第2章第1讲集成电路加工的基本操作.pptVIP

第二章 集成电路制作工艺 2.1.1 集成电路加工的基本操作 2.1.2 MOS结构和分类 2.2.1 N阱CMOS工艺 2.2.2 深亚微米CMOS工艺 2.3.1 CMOS IC中的寄生效应 2.3.2 SOI工艺 2.3.3 CMOS版图设计规则 2.1.1 集成电路加工的基本操作 1958年，世界上第一块集成电路诞生了，当时在这块 芯片上只集成了5个元器件（其中只有1个晶体管）。1971 年，Intel公司研制成功世界上第一款微处理器芯片4004，这 款只有12平方毫米的芯片上集成了2300个晶体管。1989 年，英特尔公司生产的微处理器芯片80486上已能集成120 万个晶体管。目前，一块芯片上已经可以集成几千万个甚至 上亿个晶体管（目前最高集成度已超过10亿个晶体管）！可 以说，微电子技术的迅猛发展创造了芯片上的奇迹。 人们不禁会感到疑惑，是什么样的技术能够在一棵小小 的芯片上集成这么多的半导体元器件呢？答案就是巧夺天工 的集成电路制造工艺。 目前集成电路绝大多 数是在单晶硅衬底上制 作的，即硅基集成电 路，它的制作是以硅单 晶片即硅片（晶片或晶 圆）为单位进行的，一 个硅片（wafer）包含 很多的集成电路芯片 （chip，die），如右图 所示。 从晶圆片到集成电路成品大约需要经过数百道工序。通过这复杂的一道道工序，就能够在一块微小的芯片上集成成千上万个甚至上亿个晶体管！ 集成电路的制造工艺是由多种单项工艺组合而成的，简单来说主要的单项工艺通常包括三类：薄膜制备工艺、图形转移工艺和参杂工艺。 1.薄膜制备工艺：包括氧化工艺和薄膜淀积工艺。该工艺通过生长或淀积的方法，生成集成电路制作过程中所需的各种材料的薄膜，如金属层、绝缘层等。 2.图形转移工艺：包括光刻工艺和刻蚀工艺。从物理上说，集成电路是由许许多多的半导体元器件组合而成的，对应在硅晶圆片上就是半导体、导体以及各种不同层上的隔离材料的集合。集成电路制造工艺首先将这些结构以图形的形式制作在光刻掩膜版上，然后通过图形转换工艺就能最终转移到硅晶圆片上。 3.参杂工艺：包括扩散工艺和离子注入工艺，即通过这些工艺将各种杂质按照设计要求掺杂到晶圆片的特定位置上，形成晶体管的源漏端以及欧姆接触（金属与半导体的接触）等。 通过一定的顺序对上述单项工艺进行重复、组合使用，就能集成电路的完整制造工艺了。 1.薄膜制备工艺 氧化 氧化目的：制备SiO2层 SiO2的性质及其作用 性质：SiO2是一种十分理想的电绝缘材料，它的化学性质非常稳定， 室温下它只与氢氟酸发生化学反应 作用： 1.掩蔽杂质：在集成电路制造中，几种常用的杂质如硼、磷、砷等在SiO2膜中的扩散要比它们在硅中的扩散慢得多。 2.栅氧化层：在MOS/CMOS集成电路制造工艺中，常用SiO2 作为MOS晶体管的绝缘栅介质，即栅氧层。 3.介质隔离：集成电路制作中的隔离方法有PN结隔离和介质隔离，其中介质隔离通常选择的就是SiO2氧化膜。 4.绝缘介质： SiO2是良好的绝缘体，因此对于多层金属布线结构，它用作上下层金属之间的绝缘介质，可防止金属之间发生短路。 氧化方法：热氧化法 淀积 与氧化（如硅的氧化反应生长SiO2 ）不同，淀积专指薄 膜形成的过程，并不消耗硅晶圆片或衬底材质本身。 2.图形转移工艺 IC制造的精髓是能够将IC设计者的要求转移到 硅晶圆片上，因此在集成电路制作流程中，有一个 关键的问题必须要解决，那就是如何在一片硅晶圆 片上定义、区分和制造不能类型、不同结构以及不 同尺寸的元器件？又如何把这些数以亿计的元器件 集成在一起获得预期的电路功能？ 答案只有一个，那就是集成电路制造需要图形 转移工艺，它主要包括两部分，即光刻工艺和刻蚀 工艺。 光刻工艺 刻蚀工艺 3.掺杂工艺 扩散 离子注入 集成电路工艺 制膜： 氧化：干氧氧化、湿氧氧化等 CVD：APCVD、LPCVD、PECVD PVD：蒸发、溅射 图形转换： 光刻：底膜处理、涂胶、前烘、曝光、显影、坚膜、刻蚀和去胶 刻蚀：干法刻蚀、湿发刻蚀 掺杂： 扩散 离子注入 退火 作 业 1.集成电路制造工艺主要分为哪几大类，每一类中包括哪些主要工艺，并简述各工艺的主要作用 2.简述光刻的工艺过程 * 返回 集成电路的制作工艺十分复杂，简单地说，就是在衬底材料（如硅衬底）上，运用各种方法形成不同的“层”，并在选定的区域掺入杂质，以改变半导体材料导电性能，形成半导体器件的过程。这个过程需要通过许多步骤才能完成， 热氧化法：指晶圆片与含氧物质（氧气、水等