集成电路的工艺分类 PPT课件

1 集成电路制造工艺分类 1 双极型工艺 bipolar 2 MOS工艺3 BiMOS工艺 2 1 1双极型集成电路工艺 典型的PN结隔离工艺 P1 5 3 1 1 1工艺流程 衬底准备 P型 光刻n 埋层区 氧化 n 埋层区注入 清洁表面 4 1 1 1工艺流程 续1 生长n 外延 隔离氧化 光刻p 隔离区 p 隔离注入 p 隔离推进 5 1 1 1工艺流程 续2 光刻硼扩散区 硼扩散 氧化 6 1 1 1工艺流程 续3 光刻磷扩散区 磷扩散 氧化 7 1 1 1工艺流程 续4 光刻引线孔 清洁表面 8 1 1 1工艺流程 续5 蒸镀金属 反刻金属 9 工艺流程 续6 钝化 光刻钝化窗口 后工序 10 光刻掩膜版汇总 埋层区 隔离墙 硼扩区 磷扩区 引线孔 金属连线 钝化窗口 11 外延层电极的引出 欧姆接触电极 金属与掺杂浓度较低的外延层相接触易形成整流接触 金半接触势垒二极管 因此 外延层电极引出处应增加浓扩散 12 埋层的作用 1 减小串联电阻 集成电路中的各个电极均从上表面引出 外延层电阻率较大且路径较长 2 减小寄生pnp晶体管的影响 第二章介绍 13 隔离的实现 1 P 隔离扩散要扩穿外延层 与p型衬底连通 因此 将n型外延层分割成若干个 岛 2 P 隔离接电路最低电位 使 岛 与 岛 之间形成两个背靠背的反偏二极管 14 其它双极型集成电路工艺简介 对通隔离 减小隔离所占面积泡发射区 减小发射区面积磷穿透扩散 减小串联电阻离子注入 精确控制参杂浓度和结深介质隔离 减小漏电流 15 习题 1 1工艺流程及光刻掩膜版的作用1 3 1 识版图1 5集成度与工艺水平的关系1 6工作电压与材料的关系 16 1 2MOS集成电路工艺 N阱硅栅CMOS工艺 P9 11 参考P阱硅栅CMOS工艺 17 思考题 1 需要几块光刻掩膜版 各自的作用是什么 2 什么是局部氧化 LOCOS LocalOxidationofSilicon 3 什么是硅栅自对准 SelfAligned 4 N阱的作用是什么 5 NMOS和PMOS的源漏如何形成的 6 衬底电极如何向外引接 18 1 2 1主要工艺流程1 衬底准备 P型单晶片 19 1 2 1主要工艺流程2 氧化 光刻N 阱 nwell 20 1 2 1主要工艺流程3 N 阱注入 N 阱推进 退火 清洁表面 21 1 2 1主要工艺流程4 长薄氧 长氮化硅 光刻场区 active反版 22 1 2 1主要工艺流程5 场区氧化 LOCOS 清洁表面 场区氧化前可做N管场区注入和P管场区注入 23 1 2 1主要工艺流程6 栅氧化 淀积多晶硅 多晶硅N 掺杂 反刻多晶 polysilicon poly 24 1 2 1主要工艺流程7 P active注入 Pplus 硅栅自对准 25 1 2 1主要工艺流程8 N active注入 Nplus Pplus反版 硅栅自对准 26 1 2 1主要工艺流程9 淀积BPSG 光刻接触孔 contact 回流 27 1 2 1主要工艺流程10 蒸镀金属1 反刻金属1 metal1 28 1 2 1主要工艺流程11 绝缘介质淀积 平整化 光刻通孔 via 29 1 2 1主要工艺流程12 蒸镀金属2 反刻金属2 metal2 30 1 2 1主要工艺流程13 钝化层淀积 平整化 光刻钝化窗孔 pad 31 1 2 2光刻掩膜版简图汇总 N阱 有源区 多晶 Pplus Nplus 引线孔 金属1 通孔 金属2 钝化 32 1 2 3局部氧化的作用 2 减缓表面台阶 3 减小表面漏电流 1 提高场区阈值电压 33 1 2 4硅栅自对准的作用 在硅栅形成后 利用硅栅的遮蔽作用来形成MOS管的沟道区 使MOS管的沟道尺寸更精确 寄生电容更小 34 1 2 5MOS管衬底电极的引出 NMOS管和PMOS管的衬底电极都从上表面引出 由于P Sub和N阱的参杂浓度都较低 为了避免整流接触 电极引出处必须有浓参杂区 35 1 2 6其它MOS工艺简介 双层多晶 易做多晶电容 多晶电阻 叠栅MOS器件 适合CMOS数 模混合电路 EEPROM等 多层金属 便于布线 连线短 连线占面积小 适合大规模 高速CMOS电路 P阱CMOS工艺 双阱CMOS工艺E DNMOS工艺 36 1 2 7习题 1 阐述N阱硅栅CMOS集成电路制造工艺的主要流程 说明流程中需要哪些光刻掩膜版及其作用 2 NMOS管源漏区的形成需要哪些光刻掩膜版 37 1 3BICMOS工艺简介 双极型工艺与MOS工艺相结合 双极型器件与MOS型器件共存 适合模拟和数 模混合电路 P9 11 38 1 3 1以CMOS工艺为基础的BI MOS工艺 39 1 3 2以双极型工艺为基础的BI MOS工艺 40 第二章CMOS集成电路制造工艺 41 42 形成N阱初始氧化淀积氮化硅层光刻1版 定义出N阱反应离子刻蚀氮化硅层N阱离子注入 注磷 43 形成P阱在N阱区生长厚氧化层 其它区域被氮化硅层保护而不会被氧化去掉光刻胶及氮化硅层P阱离子注入 注硼 44 推阱退火驱入去掉N阱区的氧化层 45 形成场隔离区生长一层薄氧化层淀积一层氮化硅光刻场隔离区 非隔离区被光刻胶保护起来反应离子刻蚀氮化硅场区离子注入热生长厚的场氧化层去掉氮化硅层 形成多晶硅栅生长栅氧化层淀积多晶硅光刻多晶硅栅刻蚀多晶硅栅 46 形成硅化物淀积氧化层反应离子刻蚀氧化层 形成侧壁氧化层淀积难熔金属Ti或Co等低温退火 形成C 47相的TiSi2或CoSi去掉氧化层上的没有发生化学反应的Ti或Co高温退火 形成低阻稳定的TiSi2或CoSi2 47 形成N管源漏区光刻 利用光刻胶将PMOS区保护起来离子注入磷或砷 形成N管源漏区形成P管源漏区光刻 利用光刻胶将NMOS区保护起来离子注入硼 形成P管源漏区 48 形成接触孔化学气相淀积磷硅玻璃层退火和致密光刻接触孔版反应离子刻蚀磷硅玻璃 形成接触孔 49 形成第一层金属淀积金属钨 W 形成钨塞 50 形成第一层金属淀积金属层 如Al Si Al Si Cu合金等光刻第一层金属版 定义出连线图形反应离子刻蚀金属层 形成互连图形 51 形成穿通接触孔化学气相淀积PETEOS通过化学机械抛光进行平坦化光刻穿通接触孔版反应离子刻蚀绝缘层 形成穿通接触孔形成第二层金属淀积金属层 如Al Si Al Si Cu合金等光刻第二层金属版 定义出连线图形反应离子刻蚀 形成第二层金属互连图形 52 合金形成钝化层在低温条件下 小于300 淀积氮化硅光刻钝化版刻蚀氮化硅 形成钝化图形测试 封装 完成集成电路的制造工艺CMOS集成电路一般采用 100 晶向的硅材料 53 AA 54 第三章双极集成电路制造工艺 55 56 制作埋层初始氧化 热生长厚度约为500 1000nm的氧化层光刻1 版 埋层版 利用反应离子刻蚀技术将光刻窗口中的氧化层刻蚀掉 并去掉光刻胶进行大剂量As 注入并退火 形成n 埋层 双极集成电路工艺 57 生长n型外延层利用HF腐蚀掉硅片表面的氧化层将硅片放入外延炉中进行外延 外延层的厚度和掺杂浓度一般由器件的用途决定 58 形成横向氧化物隔离区热生长一层薄氧化层 厚度约50nm淀积一层氮化硅 厚度约100nm光刻2 版 场区隔离版 59 形成横向氧化物隔离区利用反应离子刻蚀技术将光刻窗口中的氮化硅层 氧化层以及一半的外延硅层刻蚀掉进行硼离子注入 60 形成横向氧化物隔离区去掉光刻胶 把硅片放入氧化炉氧化 形成厚的场氧化层隔离区去掉氮化硅层 61 形成基区光刻3 版 基区版 利用光刻胶将收集区遮挡住 暴露出基区基区离子注入硼 62 形成接触孔 光刻4 版 基区接触孔版 进行大剂量硼离子注入刻蚀掉接触孔中的氧化层 63 形成发射区光刻5 版 发射区版 利用光刻胶将基极接触孔保护起来 暴露出发射极和集电极接触孔进行低能量 高剂量的砷离子注入 形成发射区和集电区 64 金属化淀积金属 一般是铝或Al Si Pt Si合金等光刻6 版 连线版 形成金属互连线合金 使Al与接触孔中的硅形成良好的欧姆接触 一般是在450 N2 H2气氛下处理20 30分钟形成钝化层在低温条件下 小于300 淀积氮化硅光刻7 版 钝化版 刻蚀氮化硅 形成钝化图形 65 接触与互连 Al是目前集成电路工艺中最常用的金属互连材料但Al连线也存在一些比较严重的问题电迁移严重 电阻率偏高 浅结穿透等Cu连线工艺有望从根本上解决该问题IBM Motorola等已经开发成功目前 互连线已经占到芯片总面积的70 80 且连线的宽度越来越窄 电流密度迅速增加 66 67 68 69 70 71 72 几个概念场区有源区栅结构材料Al 二氧化硅结构多晶硅 二氧化硅结构难熔金属硅化物 多晶硅 二氧化硅结构 73 Salicide工艺淀积多晶硅 刻蚀并形成侧壁氧化层 淀积Ti或Co等难熔金属RTP并选择腐蚀侧壁氧化层上的金属 最后形成Salicide结构 74 隔离技术 PN结隔离场区隔离绝缘介质隔离沟槽隔离 75 76 77 78 LOCOS隔离工艺 79 沟槽隔离工艺 80 集成电路封装工艺流程 81 各种封装类型