集成电路制造工艺流程ppt课件

1、国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理第一章第一章 集成电路制造工艺流程集成电路制造工艺流程 集成电路集成电路Integrated Circuit 制造工艺是集成制造工艺是集成电路实现的手段，也是集成电路实现的手段，也是集成电路设计的根底。电路设计的根底。国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理1.无消费线集成电路设计技术随着集成电路开展的过程，其开展的总趋势是革新工艺、提高集成度和速度。设计任务由有消费线集成电路设计到无消费线集成电路设计的开展过程。无消费线Fabless集成电路设计公司。如美国有200多家、台湾有100多家这样的设计公司。 引言引言

2、国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理2. 代客户加工代工方式芯片设计单位和工艺制造单位的分别，即芯片设计单位和工艺制造单位的分别，即芯片设计单位可以不拥有消费线而存在和芯片设计单位可以不拥有消费线而存在和开展，而芯片制造单位努力于工艺实现，开展，而芯片制造单位努力于工艺实现，即代客户加工简称代工方式。即代客户加工简称代工方式。代工方式已成为集成电路技术开展的一个代工方式已成为集成电路技术开展的一个重要特征。重要特征。 引言引言国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理3. PDK文件首先，代工单位将经过前期开发确定的一套工艺设计文件PDKPocess

3、Design Kits)经过因特网传送给设计单位。PDK文件包括：工艺电路模拟用的器件的SPICESimulation Program with IC Emphasis参数，幅员设计用的层次定义，设计规那么，晶体管、电阻、电容等元件和通孔VIA、焊盘等根本构造的幅员，与设计工具关联的设计规那么检查DRC、参数提取EXT和幅员电路对照LVS用的文件。 引言引言国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理4. 电路设计和电路仿真设计单位根据研讨工程提出的技术目的，在本人设计单位根据研讨工程提出的技术目的，在本人掌握的电路与系统知识的根底上，利用掌握的电路与系统知识的根底上，利用PD

4、K提供提供的工艺数据和的工艺数据和CAD/EDA工具，进展电路设计、工具，进展电路设计、电路仿真或称模拟和优化、幅员设计、设计电路仿真或称模拟和优化、幅员设计、设计规那么检查规那么检查DRC、参数提取和幅员电路图对照、参数提取和幅员电路图对照LVS，最终生成通常称之为，最终生成通常称之为GDS-格式的幅员格式的幅员文件。再经过因特网传送到代工单位。文件。再经过因特网传送到代工单位。 引言引言国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理5. 掩模与流片代工单位根据设计单位提供的代工单位根据设计单位提供的GDS-格式的幅格式的幅员数据，首先制造掩模员数据，首先制造掩模Mask，将幅

5、员数据，将幅员数据定义的图形固化到铬板等资料的一套掩模上。定义的图形固化到铬板等资料的一套掩模上。一张掩模一方面对应于幅员设计中的一层的图形，一张掩模一方面对应于幅员设计中的一层的图形，另一方面对应于芯片制造中的一道或多道工艺。另一方面对应于芯片制造中的一道或多道工艺。在一张张掩模的参与下，工艺工程师完成芯片的在一张张掩模的参与下，工艺工程师完成芯片的流水式加工，将幅员数据定义的图形最终有序的流水式加工，将幅员数据定义的图形最终有序的固化到芯片上。这一过程通常简称为固化到芯片上。这一过程通常简称为“流片。流片。 引言引言国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理 代工代工Fo

6、undryFoundry厂家很多，如：厂家很多，如：无锡上华无锡上华0.6/0.5 0.6/0.5 mCOSmCOS和和4 4 mBiCMOSmBiCMOS工艺工艺) )上海先进半导体公司上海先进半导体公司(1 (1 mCOSmCOS工艺工艺) )首钢首钢NEC(1.2/0.18 NEC(1.2/0.18 mCOSmCOS工艺工艺) )上海华虹上海华虹NEC(0.35 NEC(0.35 mCOSmCOS工艺工艺) )上海中芯国际上海中芯国际(8(8英寸晶圆英寸晶圆0.25/0.18 0.25/0.18 mCOSmCOS工艺工艺) ) 引言引言6. 代工工艺国际微电子中心国际微电子中心集成电路设

7、计原理集成电路设计原理8 代工代工FoundryFoundry厂家很多，如：厂家很多，如：宏力宏力 8 8英寸晶圆英寸晶圆0.25/0.18 0.25/0.18 mCMOSmCMOS工艺工艺华虹华虹 NEC 8 NEC 8英寸晶圆英寸晶圆0.250.25mCMOSmCMOS工艺工艺台积电台积电(TSMC) (TSMC) 在松江筹建在松江筹建 8 8英寸晶圆英寸晶圆0.18 0.18 mCMOSmCMOS工艺工艺联华联华(UMC) (UMC) 在苏州筹建在苏州筹建 8 8英寸晶圆英寸晶圆0.18 0.18 mCMOSmCMOS工艺等等。工艺等等。 引言引言6. 代工工艺国际微电子中心国际微电子中

8、心集成电路设计原理集成电路设计原理7.境外代工厂家一览表国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理nF&F(Fabless and Foundry)方式n工业兴隆国家经过组织无消费线IC设计的芯片方案来促进集成电路设计的专业开展、人才培育、技术研讨和中小企业产品开发，而获得效果。n这种芯片工程通常由大学或研讨所作为龙头单位担任人员培训、技术指点、幅员汇总、组织芯片的工艺实现，性能测试和封装。大学教师、研讨生、研讨机构、中小企业作为工程受害群体，自愿参与，并付一定费用。 引言引言8. 芯片工程与多工程晶圆方案国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理1

9、18. 芯片工程与多工程晶圆方案Relation of F&F(无消费线与代工的关系无消费线与代工的关系)国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理n多工程晶圆多工程晶圆MPWMPWmulti-project wafer)multi-project wafer)技术效技术效力是一种国际科研和大学方案的流行方式。力是一种国际科研和大学方案的流行方式。nMPWMPW技术把几到几十种工艺上兼容的芯片拼技术把几到几十种工艺上兼容的芯片拼装到一个宏芯片装到一个宏芯片Macro-ChipMacro-Chip上然后以步进上然后以步进的方式陈列到一到多个晶圆上，制版和硅片加的方式陈列

10、到一到多个晶圆上，制版和硅片加工费用由几十种芯片分担，极大地降低芯片研工费用由几十种芯片分担，极大地降低芯片研制本钱，在一个晶圆上可以经过变换幅员数据制本钱，在一个晶圆上可以经过变换幅员数据交替布置多种宏芯片。交替布置多种宏芯片。 引言引言8. 芯片工程与多工程晶圆方案国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理代工单位与其他单位关系图代工单位与其他单位关系图国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理集成电路制造工艺分类集成电路制造工艺分类1. 双极型工艺双极型工艺bipolar2. MOS工艺工艺3. BiMOS工艺工艺国际微电子中心国际微电子中心集成电路设

11、计原理集成电路设计原理1-1 双极集成电路典型的双极集成电路典型的PN结隔离工艺结隔离工艺国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理 思索题思索题1.需求几块光刻掩膜版需求几块光刻掩膜版(mask)?2.每块掩膜版的作用是什么？每块掩膜版的作用是什么？3.器件之间是如何隔离的？器件之间是如何隔离的？4.器件的电极是如何引出的？器件的电极是如何引出的？5.埋层的作用？埋层的作用？国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理 双极集成电路的根本制造工艺，可以粗略的分为两类：一类为在元器件间要做隔离区。隔离的方法有多种，如PN结隔离，全介质隔离及PN结-介质混合隔离

12、等。另一类为器件间的自然隔离。 典型典型PN结隔离工艺是实现集成电路制结隔离工艺是实现集成电路制造的最原始工艺，迄今为止产生的各种双极造的最原始工艺，迄今为止产生的各种双极型集成电路制造工艺都是在此工艺根底上改型集成电路制造工艺都是在此工艺根底上改良而来的。良而来的。 国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理1.1.1典型典型PN结隔离工艺流程结隔离工艺流程埋层光埋层光刻刻衬底预衬底预备备氧氧化化埋层分埋层分散散生长外生长外延延隔离光隔离光刻刻基区光基区光刻刻基区分散、再基区分散、再分布氧化分布氧化隔离分散、隔离分散、推进推进(氧化氧化)发射区发射区光刻光刻发射区分发射区分

13、散、氧化散、氧化引线孔引线孔光刻光刻淀积淀积金属金属光刻压光刻压焊点焊点氧氧化化合金化及合金化及后工序后工序反刻反刻金属金属淀积钝淀积钝化层化层国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理1.1.1 工艺流程工艺流程P-Sub衬底预备衬底预备P型型光刻光刻n+埋层区埋层区氧化氧化n+埋层区注入埋层区注入 清洁外表清洁外表国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理P-Sub1.1.1 工艺流程续工艺流程续1生长生长n-外延外延 隔离氧化隔离氧化 光刻光刻p+隔离区隔离区p+隔离注入隔离注入 p+隔离推进隔离推进N+N+N-N-国际微电子中心国际微电子中心集成电路

14、设计原理集成电路设计原理1.1.1 工艺流程续工艺流程续2光刻硼分散区光刻硼分散区P-SubN+N+N-N-P+P+P+硼分散硼分散 氧化氧化国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理1.1.1 工艺流程续工艺流程续3光刻磷分散区光刻磷分散区磷分散磷分散氧化氧化P-SubN+N+N-N-P+P+P+PP国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理1.1.1 工艺流程续工艺流程续4光刻引线孔光刻引线孔清洁外表清洁外表P-SubN+N+N-N-P+P+P+PP国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理1.1.1 工艺流程续工艺流程续5蒸镀金属蒸镀

15、金属反刻金属反刻金属P-SubN+N+N-N-P+P+P+PP国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理1.1.1 工艺流程续工艺流程续6钝化钝化P-SubN+N+N-N-P+P+P+PP光刻钝化窗口光刻钝化窗口后工序后工序国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理1.1.2 光刻掩膜版汇总光刻掩膜版汇总埋层区埋层区隔离墙隔离墙硼扩区硼扩区磷扩区磷扩区 引线孔引线孔金属连线金属连线钝化窗口钝化窗口GND Vi Vo VDDTR国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理1.1.3 外延层电极的引出外延层电极的引出欧姆接触电极：金属与参杂浓度较

16、低的外延欧姆接触电极：金属与参杂浓度较低的外延层相接触易构成整流接触金半接触势垒二层相接触易构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添加浓极管。因此，外延层电极引出处应添加浓分散。分散。BP-SubSiO2光刻胶光刻胶N+埋层埋层N-epiP+P+P+SiO2N-epiPPN+N+N+钝化层钝化层N+CECEBB国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理1.1.4 埋层的作用埋层的作用1.减小串联电阻集成电路中的各个电极均从减小串联电阻集成电路中的各个电极均从上外表引出，外延层电阻率较大且途径较长。上外表引出，外延层电阻率较大且途径较长。BP-SubSiO2光

17、刻胶光刻胶N+埋层埋层N-epiP+P+P+SiO2N-epiPPN+N+N+钝化层钝化层N+CECEBB2.减小寄生减小寄生pnp晶体管的影响第二章引见晶体管的影响第二章引见国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理1.1.5 隔离的实现隔离的实现1.P+隔离分散要扩穿外延层，与隔离分散要扩穿外延层，与p型衬底连型衬底连通。因此，将通。因此，将n型外延层分割成假设干个型外延层分割成假设干个“岛岛 。2. P+隔离接电路最低电位，使隔离接电路最低电位，使“岛岛 与与“岛岛 之间构成两个背靠背的反偏二极管。之间构成两个背靠背的反偏二极管。N+N+N-epiPN-epiPP-Su

18、b(GND)P-Sub(GND)P-Sub(GND)BP-SubSiO2光刻胶光刻胶N+埋层埋层N-epiSiO2P+P+P+SiO2N-epiPPN+N+N+N+CECEBB钝化层钝化层国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理1.1.6 练习练习 1 描画描画PN结隔离双极工艺的流程及光结隔离双极工艺的流程及光刻掩膜版的作用；刻掩膜版的作用； 2 阐明埋层的作用。阐明埋层的作用。国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理1.2 N阱硅栅阱硅栅CMOS集成电路制造工艺集成电路制造工艺国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理 思索题思索题

19、1.需求几块光刻掩膜版？各自的作用是什么？需求几块光刻掩膜版？各自的作用是什么？2.什么是部分氧化什么是部分氧化LOCOS ) ？ Local Oxidation of Silicon) 3.什么是硅栅自对准什么是硅栅自对准(Self Aligned )？4. N阱的作用是什么？阱的作用是什么？5. NMOS和和PMOS的源漏如何构成的？的源漏如何构成的？国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理34国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理1.2.1 N阱硅栅阱硅栅CMOS工艺主要流程工艺主要流程

20、 参考参考P阱硅栅阱硅栅CMOS工艺流程工艺流程场区光场区光刻刻衬底预衬底预备备生长生长SiO2和和Si3N4N阱光刻、注入、阱光刻、注入、推进推进生长生长SiO2和和Si3N4N管场区光刻、管场区光刻、注入注入阈值电压调整区光刻、阈值电压调整区光刻、注入注入清洁有源区外表、清洁有源区外表、长栅氧长栅氧场区氧化场区氧化(部分部分氧化氧化)多晶淀积、参杂、多晶淀积、参杂、光刻光刻N管管LDD光刻、光刻、注入注入P+有源区光刻、有源区光刻、注入注入P管管LDD光刻、光刻、注入注入N+有源区光刻、有源区光刻、注入注入BPSG淀淀积积接触孔光接触孔光刻刻N+接触孔光刻、接触孔光刻、注入注入淀积金属淀积

21、金属1、反、反刻刻淀积绝缘介淀积绝缘介质质通孔孔光通孔孔光刻刻淀积金属淀积金属2、反刻反刻淀积钝化层、淀积钝化层、光刻光刻侧墙氧化物淀积、侧侧墙氧化物淀积、侧墙腐蚀墙腐蚀国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理1.2.2 N阱硅栅阱硅栅CMOS工艺主要流程工艺主要流程1.衬底预备衬底预备P+/PP+/P外延片外延片P P型单晶片型单晶片国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理P-Sub1.2.2 N阱硅栅阱硅栅CMOS工艺主要流程工艺主要流程2. 氧化、光刻氧化、光刻N-阱阱(nwell)国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理N阱P

22、-Sub1.2.2 N阱硅栅阱硅栅CMOS工艺主要流程工艺主要流程3. N-阱注入，阱注入，N-阱推进阱推进,退火，清洁外表退火，清洁外表国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理P-SubN阱1.2.2 N阱硅栅阱硅栅CMOS工艺主要流程工艺主要流程4.长薄氧、长氮化硅、光刻场区长薄氧、长氮化硅、光刻场区(active反版反版)国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理P-Sub1.2.2 N阱硅栅阱硅栅CMOS工艺主要流程工艺主要流程5.场区氧化场区氧化LOCOS, 清洁外表清洁外表 (场区氧化前可做场区氧化前可做N管场区注入和管场区注入和P管场区管场区

23、注入注入国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理P-Sub1.2.2 N阱硅栅阱硅栅CMOS工艺主要流程工艺主要流程6. 栅氧化栅氧化,淀积多晶硅，反刻多晶淀积多晶硅，反刻多晶 polysiliconpoly)国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理P-SubP-SubP-Sub1.2.2 N阱硅栅阱硅栅CMOS工艺主要流程工艺主要流程7. P+ active注入注入Pplus 硅栅自对准硅栅自对准国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理P-SubP-SubP-Sub1.2.2 N阱硅栅阱硅栅CMOS工艺主要流程工艺主要流程8. N+

24、 active注入注入Nplus Pplus反版反版 硅栅自对准硅栅自对准国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理P-SubP-Sub1.2.2 N阱硅栅阱硅栅CMOS工艺主要流程工艺主要流程9. 淀积淀积BPSG，光刻接触孔，光刻接触孔(contact)，回流，回流国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理P-Sub1.2.2 N阱硅栅阱硅栅CMOS工艺主要流程工艺主要流程10. 蒸镀金属蒸镀金属1，反刻金属，反刻金属1metal1)国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理P-SubP-Sub1.2.2 N阱硅栅阱硅栅CMOS工艺主要

25、流程工艺主要流程11. 绝缘介质淀积，平整化，光刻通孔绝缘介质淀积，平整化，光刻通孔(via)国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理P-Sub1.2.2 N阱硅栅阱硅栅CMOS工艺主要流程工艺主要流程12. 蒸镀金属蒸镀金属2，反刻金属，反刻金属2metal2)国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理P-Sub1.2.2 N阱硅栅阱硅栅CMOS工艺主要流程工艺主要流程13. 钝化层淀积，平整化，光刻钝化窗孔钝化层淀积，平整化，光刻钝化窗孔(pad)国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理1.2.3 N阱硅栅阱硅栅CMOS工艺工艺 光

26、刻掩膜版汇总简图光刻掩膜版汇总简图N阱阱有源区有源区多晶多晶 Pplus Nplus接触孔接触孔金属金属1通孔通孔金属金属2PAD国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理1.2.4 部分氧化的作用部分氧化的作用2. 减缓外表台阶减缓外表台阶3. 减小外表漏电流减小外表漏电流P-SubN-阱阱1. 提高场区阈值电压提高场区阈值电压国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理1.2.5 硅栅自对准的作用硅栅自对准的作用 在硅栅构成后，利用硅栅的遮盖作用在硅栅构成后，利用硅栅的遮盖作用来构成来构成MOS管的沟道区，使管的沟道区，使MOS管的沟道管的沟道尺寸更准确，

27、寄生电容更小。尺寸更准确，寄生电容更小。P-SubN-阱阱国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理1.2.6 MOS管衬底电极的引出管衬底电极的引出 NMOS管和管和PMOS管的衬底电极都从管的衬底电极都从上外表引出，由于上外表引出，由于P-Sub和和N阱的参杂浓度阱的参杂浓度都较低，为了防止整流接触，电极引出处都较低，为了防止整流接触，电极引出处必需有浓参杂区。必需有浓参杂区。P-SubN-阱阱国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理1.2.7 LDD注入注入 在在P+N+有源有源区注入前可以进展区注入前可以进展LDD注入，以便减小短沟道注入，以便减小

28、短沟道效应和热载流子效应。效应和热载流子效应。 用用Pplus版光刻后进展版光刻后进展PMOS管管LDD注入，注入， 用用Nplus版光刻后进展版光刻后进展NMOS管管LDD注入，注入， 都是以光刻胶膜作为注入遮盖膜。都是以光刻胶膜作为注入遮盖膜。 LDD注入之后，先制造侧墙，然后再进展注入之后，先制造侧墙，然后再进展P+N+有源区光刻、注入。有源区光刻、注入。 国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理1.2.8 接触孔掺杂接触孔掺杂 为了改善有源区接触孔特性，在光刻接触为了改善有源区接触孔特性，在光刻接触孔之后、回流之前，孔之后、回流之前， 用用Nplus 版光刻，对接触

29、孔进展版光刻，对接触孔进展N+注入注入 用用Pplus 版光刻，对接触孔进展版光刻，对接触孔进展P+注入注入国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理1.2.9 其它其它MOS工艺简介工艺简介双层多晶：易做多晶电容、多晶电阻、叠双层多晶：易做多晶电容、多晶电阻、叠栅栅MOS器件，适宜器件，适宜CMOS数数/模混合电路、模混合电路、EEPROM等等多层金属：便于布线，连线短，连线占面多层金属：便于布线，连线短，连线占面积小，适宜大规模、高速积小，适宜大规模、高速CMOS电路电路P阱阱CMOS工艺工艺双阱双阱CMOS工艺工艺E/D NMOS工艺工艺国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理1.2.10 练习练习1.论述论述N阱硅栅阱硅栅CMOS集成电路制造工集成电路制造工艺的主要流程，阐明流程中需求哪些光艺的主要流程，阐明流程中需求哪些光刻掩膜版及其作用。刻掩膜版及其作用。2. 何为硅栅