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1、第八章 半导体制造工艺 1第十章半导体制造工艺n 集成电路制造工艺概述n 10.1 几个基本工艺步骤n 半导体制造工艺2 工艺概述1n 版图预览 MICROWINDn IC 制造工艺分类3集成电路研制过程n 用户需求n 指标要求n 系统设计n 逻辑设计n 电路设计n 版图设计n 数字化（版图图形文件）n 转换成PG 文件-设计方 设计方-n 掩膜版制造n 硅片加工n 芯片工艺制造n 分割管芯n 压焊封装n 总测n 成品-制造方 制造方-4 工艺概述1 分类n 双极工艺n 基本的有源器件是双极晶体管。n 生产的电路主要是TTL、ECLn 功耗大，速度高，负载能力强。n MOS 工艺n 基本的有源
2、器件是MOS 晶体管n PMOS n NMOS n CMOS(主流工艺)功耗低、抗干扰能力强、输出电压范围宽n 其它：Bi-CMOS 工艺、SOI-CMOS 工艺、厚膜工艺、薄膜工艺等n 按材料分：硅工艺、锗工艺、砷化镓工艺5 制造工艺概述2 工序类型n 前工序n 过程：原始晶片（wafer）芯片加工 中测n 成果：管芯(chip)图10-2-1n 主要的芯片制造工艺有：n 薄膜制备工艺（外延、氧化、化学气相淀积、蒸发、溅射）n 掺杂工艺（离子注入、扩散）n 图形转换技术（制版、光刻）6 工艺概述3 工序类型n 后工序n 过程：中间测试(wafer)划片(chip)贴片-键合-封装-筛选-成品
3、测试。n 成果：封装好的集成电路器件成品n 辅助工序基本材料备制（单晶圆片制造），掩膜版的准备，高纯水、气体的制备、超净环境。7第十章 半导体制造工艺n 10.0 制造工艺概述n 10.1 几个基本工艺步骤n 10.2 工艺流程810.1 几个基本工艺步骤n 氧化：SiO2 用途n 光刻：工序（图10-1-1）n 掺杂:扩散和离子注入n 淀积：CVDn n 录像片：IC 工艺步骤9光刻10沟槽隔离SOI CMOS(见下下图)连线的寄生效应1 寄生电容回路电压大于临界触发电压措施：场氧化前场区注入衬底相同的杂质，提高场区衬底的浓度，以提高场开启电压。过程：原始晶片（wafer）芯片加工中测名词：
4、有源区、场区、硅栅工艺、自对准工艺其它：Bi-CMOS 工艺、SOI-CMOS 工艺、厚膜工艺、薄膜工艺等1 集成电路制作中的几个基本工艺步骤1，场区寄生MOS 晶体管CMOS(主流工艺)功耗低、抗干扰能力强、输出电压范围宽内因：纵横寄生晶体管的电流增益大于1数字化（版图图形文件）回路电压大于临界触发电压1 集成电路制作中的几个基本工艺步骤回路电压大于临界触发电压1 集成电路制作中的几个基本工艺步骤版图预览 MICROWIND0 集成电路制造工艺概述沟槽隔离SOI CMOS(见下下图)生产的电路主要是TTL、ECL3 CMOS IC 中的寄生效应增加保护环(见下页图)2，体硅CMOS中的寄生锁
5、定效应录像片：IC 工艺步骤按材料分：硅工艺、锗工艺、砷化镓工艺体硅CMOS中的寄生锁定效应3措施：场氧化前场区注入衬底相同的杂质，提高场区衬底的浓度，以提高场开启电压。连线和衬底间的电容计算0 集成电路制造工艺概述掩模版 mask11第十章半导体制造工艺n 10.0 集成电路制造工艺概述n 10.1 集成电路制作中的几个基本工艺步骤n 10.2 CMOS IC 工艺流程（选）1210.2 CMOS IC 工艺流程n 传统的P 阱CMOS 工艺 图10-2-2n PMOS 管直接做在N 衬底上。NMOS 管做在P 阱中。n 不利于NMOS 管优化n N 阱CMOS 工艺 图10-2-4n NM
6、OS 管直接做在P 衬底上。PMOS 管做在N 阱中。n 双阱CMOS 工艺 图10-2-5n n录像片录像片：IC 工艺步骤-CMOS 工艺n 名词：有源区、场区、硅栅工艺、自对准工艺 13P 阱工艺14P 阱工艺215N 阱工艺和双阱工艺1617第十章CMOS IC 工艺流程及寄生效应（可选）n 10.0 集成电路制造工艺概述n 10.1 集成电路制作中的几个基本工艺步骤n 10.2 CMOS IC 工艺流程n 10.3 CMOS IC 中的寄生效应1810.3 CMOS IC 中的寄生效应n 1，场区寄生MOS 晶体管n 2，体硅CMOS 中的寄生锁定效应n 3，连线的寄生效应n 寄生电
7、容n 寄生电阻n 寄生电感19n 场区寄生管的形成（见下页图）n 场开启电压：n V TF=VFB+2F-QBm/Cox Fn Cox F=o ox/t oxF n 措施：场氧化前场区注入衬底相同的杂质，提高场区衬底的浓度，以提高场开启电压。n 例：因为掺杂浓度和t ox 相同时，P 型更易反型，所以场氧化前，在NMOS 管场区(P 型掺杂衬底区)注入B 杂质。20n 金属层高电压使沟道产生，短路2 个N+区。n 名词：场反型，场开启，场区寄生MOS 晶体管，厚膜开启电压21体硅CMOS 中的寄生锁定效应1n 闩锁效应n 寄生晶体管的形成：n 以P 阱CMOS工艺为例n 结构造成：横向PNP、
8、纵向NPN22体硅CMOS 中的寄生锁定效应2n 寄生管形成的等效电路：正反馈电路n 外因：n 电压过冲，发射结正偏n 回路电压大于临界触发电压n 回路电流大于维持电流n 内因：纵横寄生晶体管的电流增益大于1n 现象：下图10-10-1023体硅CMOS 中的寄生锁定效应3n 解决措施n 降低寄生管增益n 加大阱深n 增加阱区和阱外源漏区的距离（增加了基区宽度但影响集成度）n 降低寄生电阻值n 增加保护环(见下页图)n 沟槽隔离SOI CMOS(见下下图)24双阱CMOS工艺 图10-2-5以P 阱CMOS工艺为例沟槽隔离SOI CMOS(见下下图)N 阱CMOS工艺 图10-2-40 集成电
9、路制造工艺概述薄膜制备工艺（外延、氧化、化学气相淀积、蒸发、溅射）PMOS 管做在N 阱中。版图预览 MICROWIND录像片：IC 工艺步骤3 CMOS IC 中的寄生效应1，场区寄生MOS 晶体管连线的寄生效应2 寄生电阻体硅CMOS中的寄生锁定效应33 CMOS IC 中的寄生效应成果：管芯(chip)图10-2-1内因：纵横寄生晶体管的电流增益大于1回路电压大于临界触发电压10.3.2 锁定效应4n 用高掺杂的保护环消除寄生锁定效应2510.3.2 锁定效应5-SiO2 上制作Si 膜，切断了可能的寄生电连接n 采用 SOI 结构消除锁定效应2610.3.3.连线的寄生效应1 寄生电容n CMB、CPB、CMM、CMP、CI2710.3.3.连线的寄生效应1 寄生电容2810.3.3.连线的寄生效应1 寄生电容n 连线和衬底间的电容计算2910.3.3.连线的寄生效应2 寄生电阻n 方块电阻的计算n 材料的电阻率表n 表10-10-23010.3.3.连线的寄生效应10 寄生电感n 高速电路，连线应计算电感效应。n 自感n 压降使信号损失。31323334