MOS集成电路工艺基础

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1、2.3MOS集成电路工艺基础在前面的讨论中，我们已看到多个晶体管的平面图形和剖面结构（图2-1），那么，它们是怎么在硅片上形成的呢?在这一节中，将介绍集成电路的基本加工工艺技术，稍后将介绍简化的CMOS集成电路加工工艺流程，并讨论有关的技术问题。12.3.1基本的集成电路加工工艺2.3.2集成电路生产线2.3.3深亚微米工艺特点2.3.4制造影响设计2.3.5CMOS集成电路加工过程简介2.3.6CMOS工艺的主要流程2.3.7Bi-CMOS工艺技术2.3.8体硅CMOS工艺设计中阱工艺的选择22.3.1基本的集成电路加工工艺在计算机及其VLSI设计系统上设计完成的集成电路版图还只是一

2、些图像或(和)数据，在将设计结果送到工艺线上实验时，还必须经过一个重要的中间环节：制版。所以，在介绍基本的集成电路加工工艺之前，先简要地介绍集成电路加工的掩模(Masks)及其制造。通常我们看到的器件版图是一组复合图，这个复合图实际上是由若干个分层图形叠合而成，这个过程和印刷技术中的套印技术非常相像。3制版的目的就是产生一套分层的版图掩模，为将来进行图形转移，即将设计的版图转移到硅片上去做准备。制版是通过图形发生器完成图形的缩小和重复。在设计完成集成电路的版图以后，设计者得到的是一组标准的制版数据，将这组数据传送给图形发生器(一种制版设备)，图形发生器（PG-patterngenera

3、tor）根据数据，将设计的版图结果分层的转移到掩模版上(掩模版为涂有感光材料的优质玻璃板)，这个过程叫初缩。4人工设计和绘制版图，有利于充分利用芯片面积，并能满足多种电路性能要求。但是效率低、周期长、容易出错，特别是不能设计规模很大的电路版图。因此，该方法多用于随机格式的、产量较大的MSI和LSI或单元库的建立。(DRC-设计规则捡查)5在获得分层的初缩版后，再通过分步重复技术，在最终的掩模版上产生具有一定行数和列数的重复图形阵列，这样，在将来制作的每一个硅圆片(Wafer)上将有若干个集成电路芯片。通过这样的制版过程，就产生了若干块的集成电路分层掩模版。通常，一套掩模版有十儿块分层掩

4、模版。集成电路的加工过程的复杂程度和制作周期在很大程度上与掩模版的多少有关。集成电路的加工工艺过程是由若干单项加工工艺组合而成。下面将分别介绍这些单项加工工艺。61．光刻与刻蚀工艺光刻是加工集成电路微图形结构的关键工艺技术，通常，光刻次数越多，就意味着工艺越复杂。另—方面，光刻所能加工的线条越细，意味着工艺线水平越高。光刻工艺是完成在整个硅片上进行开窗的工作。光刻技术类似于照片的印相技术，所不同的是，相纸上有感光材料，而硅片上的感光材料--光刻胶是通过旋涂技术在工艺中后加工的。光刻掩模相当于照相底片，一定的波长的光线通过这个“底片”，在光刻胶上形成与掩模版（光罩）图形相反的感光区，然后

5、进行显影、定影、坚膜等步骤，在光刻胶膜上有的区域被溶解掉，有的区域保留下来，形成了版图图形。78光刻(Photolithography&Etching)过程如下：1．涂光刻胶2．掩膜对准3．曝光4．显影5．刻蚀：采用干法刻蚀（DryEtching）6．去胶：化学方法及干法去胶(1)丙酮中，然后用无水乙醇(2)发烟硝酸(3)等离子体的干法刻蚀技术9光刻工艺的发展：70年代的光刻只能加工3～5μm线宽，4"～5"wafer。那时的光刻机采用接触式的。如：Canon，采用紫外线光源，分辨率较低。80年代发明了1:1投影式光刻机，可加工1～2μm线宽，5"～6"wafer。代表产品有美国的Ul

6、trotec。存在问题是：（1）Mask难做，要求平坦，不能有缺陷。（2）Wafer与Mask之间有间隙，使一些尘埃颗粒加入，造成影响。另外，有光折射产生。101180年代后期出现了WaferStepper，10:1或5:1，使芯片加工进入了0.8μm的时代。代表产品有：美国的GCA，日本的Canon，Nikon及荷兰的ASM。另外，美国的KLA更加先进，它带有Mask检查及修正系统。它将Mask上的图形缩小5倍后投影到硅片上，因此，使缺陷缩小很多。它使用的光源仍是紫外线，但是用的是g-line，波长在436nm，可加工：0.8～1.0μm（大生产），0.5～0.8μm（科研）芯片。1

7、290年代对Stepper的改进大致两个方面，一是在光源上：（1）用i-line的紫外线，波长在365nm，可加工0.5～0.6μm的芯片。（2）若用准分子激光光源KrF下，波长大约248nm，可加工：0.25～0.5μm（大生产)，0.07～0.1μm（科研）的芯片。（3）还有用电子束（E-Beam）光源的，主要用于做Mask。二是在制作Mask上下功夫，并带有Mask的修正功能，可通过检测Mask上的缺陷，调整曝光过程。1314如果光刻胶是