半导体集成电路-03集成电路的基本制造工艺

半导体集成电路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2025/3/13pn+n-epin+P-Sin+-BLCBESP+P+双极集成电路的基本工艺2025/3/13P-SiTepiCBEpn+n-epin+P-SiP+P+Sn+-BLTepiAA’TBL-uptepi-oxxmcxjc四层三结结构的双极晶体管双极集成电路中元件结构2025/3/13ECB相关知识点隐埋层的作用、电隔离的概念、寄生晶体管本节课内容

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2025/3/13MOS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晶体管的基本结构源极(S)漏极(D)栅极(G)MOSFET的基本结构2025/3/13siliconsubstratesourcedraingateoxideoxidetopnitridemetalconnectiontosourcemetalconnectiontogatemetalconnectiontodrainpolysilicongatedopedsiliconfieldoxidegateoxideMOS晶体管的立体结构2025/3/13在硅衬底上制作MOS晶体管siliconsubstrate2025/3/13siliconsubstrateoxidefieldoxide2025/3/13siliconsubstrateoxidephotoresist2025/3/13ShadowonphotoresistphotoresistExposedareaofphotoresistChromeplatedglassmaskUltravioletLightsiliconsubstrateoxide2025/3/13非感光区域siliconsubstrate感光区域oxidephotoresist2025/3/13Shadowonphotoresistsiliconsubstrateoxidephotoresistphotoresist显影2025/3/13siliconsubstrateoxideoxidesiliconsubstratephotoresist腐蚀2025/3/13siliconsubstrateoxideoxidesiliconsubstratefieldoxide去胶2025/3/13siliconsubstrateoxideoxidegateoxidethinoxidelayer2025/3/13siliconsubstrateoxideoxidepolysilicongateoxide2025/3/13siliconsubstrateoxideoxidegategateultra-thingateoxidepolysilicongate2025/3/13siliconsubstrateoxideoxidegategatephotoresistScanningdirectionofionbeamimplantedionsinactiveregionoftransistorsImplantedionsinphotoresisttoberemovedduringresiststrip.sourcedrainionbeam2025/3/13siliconsubstrateoxideoxidegategatesourcedraindopedsilicon2025/3/13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2025/3/13siliconsubstratesourcedraingate2025/3/13siliconsubstrategatecontactholesdrainsource2025/3/13siliconsubstrategatecontactholesdrainsource2025/3/13完整的简单MOS晶体管结构siliconsubstratesourcedraingateoxideoxidetopnitridemetalconnectiontosourcemetalconnectiontogatemetalconnectiontodrainpolysilicongatedopedsiliconfieldoxidegateoxide2025/3/13CMOSFETP型sisubn+gateoxiden+gateoxideoxidep+p+2025/3/13主要的CMOS工艺VDDP阱工艺N阱工艺双阱工艺P-P+P+N+N+P+N+VSSVOUTVINVDDN-P+P+N+N+P+N+VSSVOUTVINVDDP-P+P+N+N+P+N+VSSVOUTVINN-SiP-SiN-I-SiN+-Si2025/3/13掩膜1：P阱光刻P-wellP-well

N+

N+

P+

P+

N+

P+N-SiP2025/3/13具体步骤如下：1．生长二氧化硅（湿法氧化）：Si(固体)+2H2OSiO2（固体）+2H22025/3/13氧化2025/3/132．P阱光刻：涂胶腌膜对准曝光光源显影2025/3/132025/3/13硼掺杂（离子注入）刻蚀（等离子体刻蚀）去胶P+去除氧化膜P-well3．P阱掺杂：2025/3/132025/3/13离子源高压电源电流积分器离子束2025/3/13掩膜2：光刻有源区有源区：nMOS、PMOS

晶体管形成的区域P+N+N+P+N-SiP-wellP-wellP-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2025/3/13有源区depositednitridelayer有源区光刻板N型p型MOS制作区域(漏-栅-源)2025/3/13P-well1.淀积氮化硅：氧化膜生长（湿法氧化）P-well氮化膜生长P-well涂胶P-well对版曝光有源区光刻板2.光刻有源区：2025/3/13P-well显影P-well氮化硅刻蚀去胶3.场区氧化：P-well场区氧化（湿法氧化）P-well去除氮化硅薄膜及有源区SiO22025/3/13掩膜3：光刻多晶硅P-well去除氮化硅薄膜及有源区SiO2P-wellP+N+N+P+N-SiP-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2025/3/13P-well生长栅极氧化膜P-well淀积多晶硅P-well涂胶光刻多晶硅光刻板P-well多晶硅刻蚀2025/3/13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-wellP+N+N+P+N-SiP-wellP-wellP+P+2025/3/13P-wellP+P-wellP+P+硼离子注入去胶2025/3/13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-wellP+N+N+P+N-SiP-wellP-wellP+P+N+N+2025/3/13P-wellN+P-wellP+P+磷离子注入去胶P+P+N+N+2025/3/13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-wellP+N+N+P+N-SiP-wellP-wellP+P+N+N+磷硅玻璃（PSG)2025/3/13掩膜6

：光刻接触孔P-wellP+P+N+N+淀积PSGP-wellP+P+N+N+光刻接触孔P-wellP+P+N+N+刻蚀接触孔P-wellP+P+N+N+去胶2025/3/132025/3/13掩膜7

：光刻铝线1、淀积铝.2、光刻铝3、去胶P-wellP-wellP+P+N+N+2025/3/13P-wellP+P+N+N+铝线PSG场氧栅极氧化膜P+区P-wellN-型硅极板多晶硅N+区2025/3/13Example:Intel0.25micronProcess5metallayersTi/Al-Cu/Ti/TiNPolysilicondielectric2025/3/13InterconnectImpactonChip2025/3/13掩膜8

：刻钝化孔CircuitPADCHIP双阱标准CMOS工艺P+p-epipwellnwellp+n+gateoxideAl(Cu)tungstenSiO2SiO2TiSi2fieldoxide增加器件密度防止寄生晶体管效应（闩锁效应）p-epiP阱n+STITiSi2STI深亚微米CMOS晶体管结构STISTISTIN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2025/3/13功耗驱动能力CMOS双极型Bi-CMOSBiCMOS集成电路工艺2025/3/13BiCMOS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。2025/3/13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2025/3/13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2025/3/13

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5

6倍；使CMOS器件的抗闩锁性能大大提高2025/3/13三、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）所封（8）沾锡：保证管脚的电学接触（9）老化（10）成测（11）打印、包装2025/3/13金丝劈加热压焊2025/3/13三、后部封装（在另外厂房）2025/3/132025/3/13作业：1.课本P14，1.2题2.下图是NMOS晶体管的立体结构图，请标出各区域名称及掺杂类型，并画出这个器件的版图（包括接触孔和金属线）。3.名词解释：MOSNMOSPMOSCMOS场氧、有源区、硅栅自对准工艺9、春去春又回，新桃换旧符。在那桃花盛开的地方，在这醉人芬芳的季节，愿你生活像春天一样阳光，心情像桃花一样美丽，日子像桃子一样甜蜜。3月-253月-25Thursday,March13,202510、人的志向通常和他们的能力成正比例。14:39:1314:39:1314:393/13/20252:39:13PM11、夫学须志也，才须学也，非学无以广才，非志无以成学。3月-2514:39:1314:39Mar-2513-Mar-2512、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。14:39