微电子学概论Cha

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1、第四章集成电路制造工艺集成电路的制造需要非常复杂的技术，它主要由半导体物理与器件专业负责研究。VLSI设计者可以不去深入研究，但是作为从事系统设计的工程师，有必要了解芯片设计中的工艺基础知识，才能根据工艺技术的特点优化电路设计方案。对于电路和系统设计者来说，更多关注的是工艺制造的能力，而不是工艺的具体实施过程。由于系统芯片SOC（SystemOnChip）的出现，给IC设计者提出了更高的要求，也面临着新的挑战：设计者不仅要懂系统、电路，也要懂工艺、制造。学习工艺的必要性集成电路设计与制造的主要流程框架设计芯片检测单晶、外

2、延材料掩膜版芯片制造过程封装测试系统需求包括功能设计、逻辑设计、电路设计、掩膜版图设计、计算机仿真（后面章节讨论）。集成电路的设计过程：设计创意+仿真验证集成电路芯片设计过程框架From吉利久教授是功能要求行为设计（VHDL）行为仿真综合、优化——网表时序仿真布局布线——版图后仿真否是否否是Singoff—设计业——制造业—芯片制造过程AA直拉单晶硅由氧化、淀积、离子注入或蒸发形成新的薄膜或膜层曝光刻蚀硅片测试和封装用掩膜版重复20-30次集成电路芯片的显微照片集成电路的内部单元(俯视图)N沟道MOS晶体管CMOS集成电

3、路(互补型MOS集成电路)：目前应用最为广泛的一种集成电路，约占集成电路总数的95%以上。4.1集成电路制造工艺图形转换：将设计在掩膜版(类似于照相底片)上的图形转移到半导体单晶片上掺杂：根据设计的需要，将各种杂质掺杂在需要的位置上，形成晶体管、接触等制膜：制作各种材料的薄膜一、图形转换：光刻光刻三要素：光刻胶、掩膜版和光刻机光刻胶又叫光致抗蚀剂，它是由光敏化合物、基体树脂和有机溶剂等混合而成的胶状液体。光刻胶是对光、电子束或者x线等敏感，具有在显影液中溶解性变化的性质，同时具有耐腐蚀性的材料。光刻胶有正型和负型两种。正

4、型光刻胶受紫外线照射，其感光的部分发生光分解反应溶于显影液，末感光的部分显影后仍然留在基片的表面。与此相反，负型光刻胶的未感光的部分溶于显影液中，而感光部分显影后仍留在基片表面。光刻胶受到特定波长光线的作用后，导致其化学结构发生变化，使光刻胶在某种特定溶液中的溶解特性改变正胶：分辨率高，在超大规模集成电路工艺中，一般只采用正胶负胶：分辨率差，适于加工线宽≥3m的线条正胶：曝光后可溶负胶：曝光后不可溶光刻工艺流程示意图光刻工艺（Photolithography)—将电路图形转移到晶片上Design=>Mask（掩膜）=>

5、Wafer（晶片）光刻需要的掩模CMOS电路版图和断面构造版图Layout掩模MaskCMOS工艺中使用的掩模（与左图对应）IC由不同层次的材料组成的。每一层上的图形各不相同。在每一层上形成不同图形的过程叫光刻。版图由代表不同类型“层”的多边形组成。在IC工艺中制作每一层时，都需要用掩模板来确定在什么位置进行掺杂、腐蚀、氧化等。光刻是定域半导体面积的一种手段。在此确定的面积上，进行工艺加工。光刻的目的就是在二氧化硅或金属薄膜上面刻蚀出与Mask上完全对应的几何图形，从而实现选择性掺杂、腐蚀、氧化等目的。光刻工序：光刻胶的

6、涂覆→爆光→显影→刻蚀→去胶光刻的基本要素是掩模板和光刻胶。三种光刻方式二、几种常见的光刻方法接触式光刻：分辨率较高，但是容易造成掩膜版和光刻胶膜的损伤。接近式曝光：在硅片和掩膜版之间有一个很小的间隙(10～25m)，可以大大减小掩膜版的损伤，分辨率较低投影式曝光：利用透镜或反射镜将掩膜版上的图形投影到衬底上的曝光方法，目前用的最多的曝光方式三、超细线条光刻技术甚远紫外线(EUV)电子束光刻X射线离子束光刻经过光刻后在光刻胶上得到的图形并不是器件的最终组成部分，光刻只是在光刻胶上形成临时图形。为了得到集成电路真正需要的

7、图形，必须将光刻胶上的图形转移到硅片上。完成这种图形转换的方法之一就是将未被光刻胶掩蔽的部分通过选择性腐蚀去掉。常用的腐蚀方法分为湿法刻蚀和干法刻蚀四、刻蚀技术湿法刻蚀：利用液态化学试剂或溶液通过化学反应进行刻蚀的方法干法刻蚀：主要指利用低压放电产生的等离子体中的离子或游离基(处于激发态的分子、原子及各种原子基团等)与材料发生化学反应或通过轰击等物理作用而达到刻蚀的目的1.湿法腐蚀：利用液态化学试剂或溶液通过化学反应进行刻蚀的方法，用在线条较大的IC(≥3mm)；优点：选择性好；重复性好；生产效率高；设备简单；成本低；缺

8、点：钻蚀严重；对图形的控制性差；广泛应用在半导体工艺中：磨片、抛光、清洗、腐蚀；2.干法刻蚀主要有溅射与离子束刻蚀、等离子刻蚀、反应离子刻蚀等。溅射与离子束刻蚀：通过高能惰性气体离子的物理轰击作用刻蚀，各向异性性好，但选择性较差等离子刻蚀(PlasmaEtching)：利用放电产生的游离基与材料发生化学反应，形成挥发