第2章 集成电路工艺基础及版图设计ppt课件.ppt

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1、第二章集成电路工艺基础及版图设计2.1引言2.2集成电路制造工艺简介2.3版图设计技术2.4电参数设计规则2.1引言1.IC制造基本原理制造集成电路所用的材料主要包括硅（Si）、锗（Ge）等半导体，以及砷化镓（GaAs）、铝镓砷（AlGaAs）、铟镓砷（InGaAs）等半导体的化合物，其中以硅最为常用。封装：双列、单列、圆型封装、扁平封装等。封装材料：陶瓷、玻璃、塑料、金属等。芯片或管芯被固定在底座上，它由金属线与管脚相连。不同器件的管芯虽然不同，但它们都是有在半导体上的一些PN结构成。因此IC制造的关键问题是

2、在不同的区域形成所需的PN结。主要通过：氧化、光刻、掺杂等多种工艺的多次反复而形成。2.工艺类型简介按所制造器件结构的不同，可把工艺分为双极型和MOS型两种基本类型。由双极工艺制造的器件，它的导电机理是将电子和空穴这两种极性的载流子作为在有源区中运载电流的工具，这也是它被称为双极工艺的原因。MOS工艺又可分为单沟道MOS工艺和CMOS工艺。根据工序的不同,可以把工艺分成三类：前工序、后工序及辅助工序。1)前工序前工序包括从晶片开始加工到中间测试之前的所有工序。前工序结束时，半导体器件的核心部分——管芯就形成了。

3、前工序中包括以下三类工艺：（1）薄膜制备工艺：包括氧化、外延、化学气相淀积、蒸发、溅射等。（2）掺杂工艺：包括离子注入和扩散。（3）图形加工技术：包括制版和光刻。2)后工序后工序包括从中间测试开始到器件完成的所有工序,有中间测试、划片、贴片、焊接、封装、成品测试等。3)辅助工序前、后工序的内容是IC工艺流程直接涉及到的工序，为保证整个工艺流程的进行，还需要一些辅助性的工序，这些工序有：（1）超净环境的制备：IC，特别是VLSI的生产，需要超净的环境。（2）高纯水、气的制备：IC生产中所用的水必须是去离子、去中性

4、原子团和细菌，绝缘电阻率高达15MΩ·cm以上的电子级纯水；所使用的各种气体也必须是高纯度的。（3）材料准备：包括制备单晶、切片、磨片、抛光等工序，制成IC生产所需要的单晶圆片。2.2集成电路制造工艺简介2.2.1氧化工艺1.SiO2薄膜在集成电路中的作用在集成电路的制作过程中，要对硅反复进行氧化，制备SiO2薄膜。SiO2薄膜在集成电路的制作过程中，主要有下列作用：(1)作为对杂质选择扩散的掩膜。掺杂时用SiO2遮盖不需掺杂的部分，实现有选择区域的掺杂。当然杂质也往SiO2中掺杂，因此SiO2要满足二个条件：

5、●杂质在SiO2中的扩散系数明显小于在硅中的扩散系数。●SiO2要有一定的厚度。(2)作为MOS器件的绝缘栅材料。(3)作为器件表面的保护（钝化）膜。在硅表面覆盖一层SiO2，可使硅表面免受后序工序的污染及划伤，也消除了环境对硅表面的直接影响。提高半导体的可靠性和稳定性。(4)作为绝缘介质和隔离介质，在如器件之间的隔离、层间隔离时使用。(5)作为集成电路中电容器元件的介质2.热氧化原理与方法生长SiO2薄膜的方法有多种，如热氧化、阳极氧化、化学气相淀积等。其中以热氧化和化学气相淀积（CVD）最为常用。热氧化生成

6、SiO2薄膜是将硅片放入高温（1000～1200°C）的氧化炉内（如图2-1所示），然后通入氧气，在氧化环境中使硅表面发生氧化,生成SiO2薄膜。图2-1热氧化示意图根据氧化环境的不同，又可把热氧化分为干氧法和湿氧法两种。如果氧化环境是纯氧气，这种生成SiO2薄膜的方法就称为干氧法。干氧法生成SiO2薄膜的机理是：氧气与硅表面的硅原子在高温下以（2-1）式反应，生成SiO2薄膜:Si+O2=SiO2（2-1）如果让氧气先通过95°C的去离子水，携带一部分水汽进入氧化炉，则氧化环境就是氧气加水汽，这种生成SiO2

7、薄膜的方法就是湿氧法。湿氧法由于氧化环境中有水汽存在，所以氧化过程不仅有氧气对硅的氧化作用，还有水汽对硅的氧化作用，即Si+2H2O=SiO2+2H2↑（2-2）干氧法优点：生成的SiO2薄膜结构致密,排列均匀,重复性好，不仅掩蔽能力强,钝化效果好，而且在光刻时与光刻胶接触良好，不宜浮胶,这是它的长处。缺点：是生长速度太慢，如同样在1200°C高温下生成0.6μm的SiO2薄膜，用湿氧法大约需要32分钟，而用干氧法则需要8小时，这在生产上就会使效率降低。湿氧法虽然生成SiO2薄膜的速度快，但氧化环境中含有水汽，

8、水汽和SiO2薄膜也能发生化学反应，生成硅烷醇（Si-OH），即SiO2+H2O→2（Si-OH）（2-3）由于硅烷醇的存在，使得SiO2薄膜在光刻时与光刻胶的接触不良，容易产生浮胶。这是它的最大缺点。实际中使用：干氧——湿氧——干氧交替的办法。这样就可使湿氧结束后SiO2表面的硅烷醇(Si-OH)重新变为SiO2，明显改善了SiO2薄膜与光刻胶的接触性能，提高了SiO2薄膜的质量。化