IC工艺技术9-双极型集成电路工艺技术.ppt

集成电路工艺技术讲座第九讲 双极型集成电路工艺技术 双极集成电路工艺技术 集成电路中的晶体管和无源器件工艺和设计的界面 设计手册PN隔离双极工艺流程先进双极工艺工艺和器件模拟在工艺设计中的应用 一 集成电路中的晶体管和无源器件 NPN晶体管结构外延和隔离埋层和深集电极PNP晶体管集成电阻和电容 集成电路中的NPN晶体管 集成电路中的PNP体管 集成电路中的PNP体管 集成电阻 p n 金属 集成电阻 Pinch电阻 Pbase 衬底 NEpi 集成电容 N P 金属 介质层 二 工艺和设计的界面 设计手册 器件和工艺指标设计规则简要工艺流程和光刻版顺序光刻版制作要求PCM文件模型参数 2um18Vspec 2um18Vspec 设计规则 设计与工艺制作的接口 目的 使芯片尺寸在尽可能小的前提下 避免线条宽度的偏差和不同层版套准偏差可能带来的问题 以提高电路的成品率内容 根据实际工艺水平 包括光刻特性 刻蚀能力 对准容差等 给出的一组同一工艺层及不同工艺层之间几何尺寸的限制 主要包括线宽 间距 覆盖 露头 面积等规则 分别给出它们的最小值 2um18V设计规则例BP aminwidth4umbclearancetoBN8um 2um18V设计规则例DeepN aMin Width4 0umcBNextensionDN1 0umdClearancetoBP9 0um 2um18V设计规则例Isolation ISO aMin width4 0bClearancetoBN8 0umdClearancetoDN9 0um 2um18V设计规则例N Emitter a1Min width4 0umiPBASextensionNEMT1 5umjSpaceNEMT3 0um 2um18V设计规则例contact a1Min Width2 0umbXBASextensionBCONT1 0um 2um18V设计规则例Metal aMin width3 0umeSpace2 0umunder500umparallellinefSpace3 0umOver500umparallelline BriefProcessflow MaskSequence 1Startingmaterial2Initialoxidation3BuriedNphoto etch4BNimplant5BNdrive in6BuriedPphoto7BPimplant8Epigrowth9Initialoxidation10DeepN photo etch11POCl3pre depositionandoxidation BriefProcessflow MaskSequence 12 Pbasephoto13 PBASimplant14 Implanterresistorphoto15 Resistorimplant16 ExtrinsicPbasephoto17 XBASimplant18Drive in19NEmitterphoto etch20NEMTimplant21NEMTdrive in22Capacitorphoto etch BriefProcessflow MaskSequence 23Capacitoroxidation24Si3N4deposition25Contactphoto etch26Metal1deposition27Metal1photo etch28Oxidedeposition29Viaphoto etch30Metal2deposition31Metal2photo etch33USG SiNDeposition33Padphoto etch34Alloy 制版信息 光刻机类型和光刻版大小制版工具 图形发生器 电子束制版 版材料 石英 低膨胀玻璃 制版精度芯片和划片槽尺寸套准和CD标记PCM图形插入方案 制版信息 ProcessBias PCM 三 PN结隔离双极工艺流程 2um18V 双极IC工艺流程 N 埋层光刻和Sb 注入 P 111 Sub10 20 cm 75kev4 5E15cm 2 双极IC工艺流程 N 埋层扩散 1225 C60 N2 60 O212 3 sq 4 2um N 埋层版 双极IC工艺流程 P埋层光刻和B 离子注入 PSub N 50kev4E14cm 2 P埋层版 双极IC工艺流程 外延 PSub N Epi N 埋层 18V8 0 0 5um1 7 0 2 cm36V13 5 0 8um4 3 0 43 cm 外延层参数选择 外延电阻率应主要满足BVbco的要求 可查BV Nd曲线外延厚度 Xjbc Wbc Wbn 基区 埋层 Xjbc Wbc Epi Wbn 外延层的质量评价 外延电阻率外延厚度畸埋层图形偏移 畸变及对策缺陷 特别在有埋层图形处 双极IC工艺流程 外延后氧化 DN光刻 磷予淀积 5 4 0 5 sq 磷扩散 PSub N Epi N 埋层 DN版 双极IC工艺流程 去除全部氧化层 重新生长PAD氧化层 PSub N Epi N 埋层 双极IC工艺流程 基区 PBAS 光刻和B 注入B 注入 PSub N Epi N 埋层 80kev4 1E14cm 2 基区版 双极IC工艺流程 外基区 XBAS 隔离 光刻B 注入 PSub N Epi N 埋层 80kev4 1E14cm 2 光刻胶 基区和非本征基区 基区 本征基区 外基区 非本征基区 浓基区 非本征基区作用减小基区串联电阻 提高功率增益 减小噪声 隔离 XBAS 版 双极IC工艺流程 基区 隔离 推进 PSub N Epi N 埋层 Rs 223 8 sqXj 1 5um 单向隔离和对通隔离 单向隔离和对通隔离对通隔离优点减少隔离时间 尤其在外延层厚时 减少横向扩散 从而可减少隔离区宽度上隔离和XBAS可合用一块版 双极IC工艺流程 发射区光刻 磷注入 扩散 PSub N Epi N 埋层 Rs 7 9 0 8 sqXj 1 0um 发射区版 双极IC工艺流程 制作电容 基区 发射区 氮化硅450A 氧化硅1500A 电容版 双极IC工艺流程 接触孔光刻 PSub N Epi N 埋层 接触孔版 双极IC工艺流程 金属连线 PSub N Epi N 埋层 金属1版 通孔版 金属2版 双层金属布线 压点 PAD 版 工艺控制计划 例 四 先进双极工艺 双极型晶体管尺寸的缩小氧化物隔离双极工艺多晶硅发射极双极工艺 双极型晶体管尺寸的缩小 氧化物隔离的双极晶体管 氧化物隔离双极工艺 氧化物隔离双极工艺 氧化物隔离双极工艺 多晶硅发射极晶体管 多晶硅发射极晶体管杂质分布 多晶硅发射极双极工艺 1 多晶硅发射极双极工艺 2 多晶硅发射极双极工艺 3 模拟双极IC工艺特点 1 器件特性的精度要求高组成差分对的晶体管特性如 Vbe一致性好要求晶体管有较大的放大倍数 100要求输出晶体管有较大的驱动能力Vce sat 小 例 0 11 0 21mV Ic 1mA Ib 100uA 要求晶体管的线性度好 1uA 100uA 例 70 110 模拟双极IC工艺特点 2 pnp晶体管横向和纵向pnp晶体管电容大容量MOS电容0 35 0 5fF um2电阻宽范围扩散电阻10 100 sq注入电阻0 5 2k sq夹断电阻5 20k sq 纵向pnp晶体管 五 工艺和器件模拟在工艺设计中的应用 双极工艺模拟 SUPREM3 TITLE BipolarDevice SB20A ActiveRegion Initializethesiliconsubstrate InitializeSiliconBoronResistivity 15Thick 10 dX 02xdX 05Spaces 200 Growinitialoxidation 7500ADiffusionTemperature 1100Time 70WetO2 Etchtheoxideovertheburiedlayerregions EtchOxide Growimplantedoxide 175A forBNlayeroxidationDiffusionTemperature 875Time 20DryO2 Implantanddrive intheantimonyburiedlayerImplantAntimonyDose 4 8e15Energy 75DiffusionTemperature 1225Time 360N2DiffusionTemperature 1225Time 120DryO2 双极工艺模拟 SUPREM3 EtchOxide Grow9 5micronofphosphorusdopedepi EpitaxyTemperature 1180Time 13Growth Rate 0 8 PhosphorusGas Conc 3e15 EPIinitialoxidationDiffusionTemperature 1100Time 120WetO2 ISOphoto ISOimplantoxidationDiffusionTemperature 1000Time 200DryO2 ISOimplantImplantBoronDose 5E15Energy 130 ISOpre driveDiffusionTemperature 1175Time 180Nitrogen ISOdriveDiffusionTemperature 1100Time 60WetO2 双极工艺模拟 SUPREM3 Deepcollectorpre depDiffusionTemperature 980Time 45c phosphorus 5e18 GetteroxidationDiffusionTemperature 900Time 60DryO2 DeepcollectordriveDiffusionTemperature 1200Time 150DryO2 OxideremovalEtchoxide ReoxidationDiffusionTemperature 1100Time 30DryO2DiffusionTemperature 1100Time 95WetO2 EtchtheoxideforbaseregionEtchOxide 双极工艺模拟 SUPREM3 Movethefinegridtothesurface GridLayer 1Xdx 0 GrowoxideforbaseimplantDiffusionTemperature 1000Time 25WetO2 Implanttheboronbase ImplantBoronDose 3E14Energy 120 BasediffutionDiffusionTemperature 1175Time 30NitrogenDiffusionTemperature 1175Time 25DryO2 DopeEmitterDiffusionTemperature 980Time 30c phosphorus 1e21 双极工艺模拟 SUPREM3 Removeoxidefromemitterregion EtchOxide EmitteroxidationDiffusionTemperature 875Time 5DryO2DiffusionTemperature 875Time 12