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文档简介
半导体集成电路,1,上节课内容要点,双极集成电路的基本工艺双极集成电路中元件结构,2,2020/5/8,p,n+,n-epi,n+,P-Si,n+-BL,P+,P+,双极集成电路的基本工艺,3,2020/5/8,A,A,四层三结结构的双极晶体管,双极集成电路中元件结构,4,2020/5/8,E,C,B,5,相关知识点,隐埋层的作用、电隔离的概念、寄生晶体管,6,本节课内容,MOS集成电路的工艺,P阱CMOS工艺,BiCMOS集成电路的工艺,N阱CMOS工艺,双阱CMOS工艺,7,2020/5/8,MOS晶体管的动作,MOS晶体管实质上是一种使电流时而流过,时而切断的开关,n+,n+,P型硅基板,栅极(金属),绝缘层(SiO2),半导体基板,漏极,源极,N沟MOS晶体管的基本结构,MOSFET的基本结构,8,2020/5/8,siliconsubstrate,source,drain,gate,oxide,oxide,topnitride,metalconnectiontosource,metalconnectiontogate,metalconnectiontodrain,polysilicongate,dopedsilicon,fieldoxide,gateoxide,MOS晶体管的立体结构,9,2020/5/8,在硅衬底上制作MOS晶体管,siliconsubstrate,10,2020/5/8,11,2020/5/8,siliconsubstrate,oxide,photoresist,12,2020/5/8,Shadowonphotoresist,photoresist,Exposedareaofphotoresist,Chromeplatedglassmask,UltravioletLight,siliconsubstrate,oxide,13,2020/5/8,14,2020/5/8,Shadowonphotoresist,显影,15,2020/5/8,腐蚀,16,2020/5/8,siliconsubstrate,oxide,oxide,siliconsubstrate,fieldoxide,去胶,17,2020/5/8,18,2020/5/8,polysilicon,19,2020/5/8,gate,gate,ultra-thingateoxide,polysilicongate,20,2020/5/8,photoresist,Scanningdirectionofionbeam,Implantedionsinphotoresisttoberemovedduringresiststrip.,source,drain,21,2020/5/8,22,2020/5/8,自对准工艺,在有源区上覆盖一层薄氧化层淀积多晶硅,用多晶硅栅极版图刻蚀多晶硅以多晶硅栅极图形为掩膜板,刻蚀氧化膜离子注入,23,2020/5/8,24,2020/5/8,25,2020/5/8,26,2020/5/8,完整的简单MOS晶体管结构,27,2020/5/8,CMOSFET,P型sisub,n+,gate,oxide,n+,gate,oxide,oxide,p+,p+,28,2020/5/8,主要的CMOS工艺,VDD,P阱工艺,N阱工艺,双阱工艺,N-,P+,P+,N+,N+,P+,N+,VSS,VOUT,VIN,VDD,P-,P+,P+,N+,N+,P+,N+,VSS,VOUT,VIN,N-Si,P-Si,N-,I-Si,N+-Si,29,2020/5/8,掩膜1:P阱光刻,30,2020/5/8,具体步骤如下:1生长二氧化硅(湿法氧化):,Si(固体)+2H2OSiO2(固体)+2H2,31,2020/5/8,氧化,32,2020/5/8,2P阱光刻:,涂胶,腌膜对准,曝光,光源,显影,33,2020/5/8,34,2020/5/8,硼掺杂(离子注入),刻蚀(等离子体刻蚀),去胶,P+,去除氧化膜,3P阱掺杂:,35,2020/5/8,36,2020/5/8,37,2020/5/8,掩膜2:光刻有源区,有源区:nMOS、PMOS晶体管形成的区域,P-well,P-well,淀积氮化硅光刻有源区场区氧化去除有源区氮化硅及二氧化硅,SiO2隔离岛,38,2020/5/8,有源区,depositednitridelayer,有源区光刻板N型p型MOS制作区域(漏-栅-源),39,2020/5/8,1.淀积氮化硅:,氧化膜生长(湿法氧化),涂胶,有源区光刻板,2.光刻有源区:,40,2020/5/8,氮化硅刻蚀去胶,3.场区氧化:,场区氧化(湿法氧化),41,2020/5/8,掩膜3:光刻多晶硅,去除氮化硅薄膜及有源区SiO2,P-well,栅极氧化膜,多晶硅栅极,生长栅极氧化膜淀积多晶硅光刻多晶硅,42,2020/5/8,生长栅极氧化膜,淀积多晶硅,涂胶光刻,多晶硅光刻板,P-well,多晶硅刻蚀,43,2020/5/8,掩膜4:P+区光刻,1、P+区光刻2、离子注入B+,栅区有多晶硅做掩蔽,称为硅栅自对准工艺。3、去胶,P-well,P+,N+,N+,P+,N-Si,P-well,44,2020/5/8,P+,硼离子注入,去胶,45,2020/5/8,掩膜5:N+区光刻,1、N+区光刻2、离子注入P+,栅区有多晶硅做掩蔽,称为硅栅自对准工艺。3、去胶,P-well,P+,N+,N+,P+,N-Si,P-well,P-well,P+,P+,N+,N+,46,2020/5/8,47,2020/5/8,掩膜6:光刻接触孔,1、淀积PSG.2、光刻接触孔3、刻蚀接触孔,P-well,P+,N+,N+,P+,N-Si,P-well,磷硅玻璃(PSG),48,2020/5/8,掩膜6:光刻接触孔,淀积PSG,光刻接触孔,去胶,49,2020/5/8,50,2020/5/8,掩膜7:光刻铝线,1、淀积铝.2、光刻铝3、去胶,P-well,P-well,P+,P+,N+,N+,51,2020/5/8,P-well,P+,P+,N+,N+,场氧,栅极氧化膜,P+区,P-well,N-型硅极板,多晶硅,N+区,52,2020/5/8,Example:Intel0.25micronProcess,5metallayersTi/Al-Cu/Ti/TiNPolysilicondielectric,53,2020/5/8,InterconnectImpactonChip,54,2020/5/8,掩膜8:刻钝化孔,Circuit,PAD,CHIP,55,双阱标准CMOS工艺,P+,p-epi,pwell,nwell,p+,n+,gateoxide,Al(Cu),tungsten,SiO2,SiO2,TiSi2,fieldoxide,增加器件密度防止寄生晶体管效应(闩锁效应),56,p-epi,P阱,n+,STI,TiSi2,STI,深亚微米CMOS晶体管结构,STI,STI,STI,N阱,n-,n+,n-,p+,p-,p+,p-,源/漏扩展区,浅槽隔离,侧墙,多晶硅硅化物,57,2020/5/8,功耗,驱动能力,CMOS,双极型,Bi-CMOS,BiCMOS集成电路工艺,58,2020/5/8,BiCMOS工艺分类,以CMOS工艺为基础的BiCMOS工艺以双极工艺为基础的BiCMOS工艺。,59,2020/5/8,以P阱CMOS工艺为基础的BiCMOS工艺,NPN晶体管电流增益小;集电极的串联电阻很大;NPN管C极只能接固定电位,从而限制了NPN管的使用,60,2020/5/8,以N阱CMOS工艺为基础的BiCMOS工艺,NPN具有较薄的基区,提高了其性能;N阱使得NPN管C极与衬底隔开,可根据电路需要接电位集电极串联电阻还是太大,影响双极器件的驱动能力,在现有N阱CMOS工艺上增加一块掩膜板,61,2020/5/8,以N阱CMOS工艺为基础的改进BiCMOS工艺,使NPN管的集电极串联电阻减小56倍;使CMOS器件的抗闩锁性能大大提高,62,2020/5/8,三、后部封装(在另外厂房)(1)背面减薄(2)切片(3)粘片(4)压焊:金丝球焊(5)切筋(6)整形(7)密封(8)沾锡:保证管脚的电学接触(9)老化(10)成测(11)打印、包装,63,20
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