第10章工艺集成1

1、微电子工艺第10章 工艺集成 第一章第一章 引言引言第二章第二章 晶体生长晶体生长第三章第三章 工艺中的气体、化试、水、环境和硅片的清洗工艺中的气体、化试、水、环境和硅片的清洗第四章第四章 硅的氧化硅的氧化第五章第五章 光刻光刻第六章第六章 刻蚀刻蚀第七章第七章 扩散扩散第八章第八章 离子注入离子注入第九章第九章 薄膜淀积薄膜淀积第十章第十章 工艺集成工艺集成 双极型集成电路制造工艺流程双极型集成电路制造工艺流程集成电路制造基本工艺流程集成电路制造基本工艺流程双极型电路双极型电路 典型典型PNPN结隔离工艺主要流程结隔离工艺主要流程 1.1.衬底（衬底（P-subP-sub）的选择）的选择 什

2、么是衬底？什么是衬底？ 衬底是如何制备的呢？衬底是如何制备的呢？ 籽晶籽晶熔融多晶硅熔融多晶硅热屏蔽热屏蔽水套水套单晶硅单晶硅石英坩锅石英坩锅碳加热部件碳加热部件 单晶拉伸与单晶拉伸与旋转机械旋转机械直拉单晶炉直拉单晶炉2.2.埋层（埋层（N+-BLBL）制作）制作 什么是埋层？什么是埋层？ 埋层的作用是什么？埋层的作用是什么？ 埋层杂质的的选择？埋层杂质的的选择？ 埋层是如何制作的？埋层是如何制作的？埋层光刻掩膜版图埋层光刻掩膜版图 和埋层扩散后的芯片剖面图和埋层扩散后的芯片剖面图3.3.外延外延 外延是如何形成的？外延是如何形成的？对外延的厚度要求如何？对外延的厚度要求如何？ 外延层生长后

3、的芯片剖面图外延层生长后的芯片剖面图气相外延示意图气相外延示意图掺杂剂掺杂剂(AsH3 or BH3)H2SiH2 Cl2RF 感应加热线圈感应加热线圈感应基座感应基座硅片真空泵真空泵4.4.形成隔离墙（形成隔离墙（P+） 什么是隔离墙？什么是隔离墙？ 隔离墙的作用是什么？隔离墙的作用是什么？ 隔离墙是如何制作的？隔离墙是如何制作的？ 隔离光刻掩膜版图形和隔离墙形成后的芯片剖面图隔离光刻掩膜版图形和隔离墙形成后的芯片剖面图5.5.基区扩散（又称硼扩散）基区扩散（又称硼扩散） 什么是基区扩散？什么是基区扩散？ 基区是如何形成的？基区是如何形成的？ 基区光刻掩膜版图形和基区形成后的芯片剖面图基区光

4、刻掩膜版图形和基区形成后的芯片剖面图6.6.发射区扩散（又称发射区扩散（又称N+磷扩散）磷扩散） 什么是发射区扩散？什么是发射区扩散？ 发射区是如何形成的？发射区是如何形成的？ 发射区光刻掩膜版图形和基区形成后的芯片剖面图发射区光刻掩膜版图形和基区形成后的芯片剖面图7.7.形成引线孔形成引线孔 引线孔的作用是什么？引线孔的作用是什么？ 引线孔是如何形成的？引线孔是如何形成的？ 引线孔光刻掩膜版图形和引线孔形成后的芯片剖面图引线孔光刻掩膜版图形和引线孔形成后的芯片剖面图8.8.形成金属连线形成金属连线 金属连线的作用？金属连线的作用？ 金属连线是如何形成的？金属连线是如何形成的？ 金属连线光刻掩

5、膜版图形和金属连线形成后的芯片剖面图金属连线光刻掩膜版图形和金属连线形成后的芯片剖面图9.9.形成压焊窗口形成压焊窗口 什么是压焊窗口？什么是压焊窗口？ 压焊窗口的作用是什么？压焊窗口的作用是什么？ Intel 4004 Micro-Processor从芯片压焊窗口到引线框架的引线键合从芯片压焊窗口到引线框架的引线键合压模混合物压模混合物引线框架引线框架压点压点芯片芯片键合键合管脚尖管脚尖电路图及版图的对应电路图及版图的对应单元电路的版图及剖面图单元电路的版图及剖面图CMOSCMOS集成电路制造工艺流程集成电路制造工艺流程什么是什么是CMOSCMOS集成电路？集成电路？CMOSCMOS集成电路

6、与双极型集成电路各自的特点？集成电路与双极型集成电路各自的特点？ 典型典型N N阱阱CMOSCMOS工艺主要流程工艺主要流程 场区光刻场区光刻衬底准备衬底准备生长生长SiO2N阱光刻、注入、推进阱光刻、注入、推进生长生长SiO2和和Si3N4N管场区光刻、注入管场区光刻、注入阈值电压调整区光刻、注入阈值电压调整区光刻、注入清洁有源区表面、长栅氧清洁有源区表面、长栅氧场区氧化场区氧化(局部氧化局部氧化)多晶淀积、掺杂、光刻多晶淀积、掺杂、光刻N管管LDD光刻、注入光刻、注入P+有源区光刻、注入有源区光刻、注入 单层多晶双层金属单层多晶双层金属N阱阱CMOS工艺的主要流程工艺的主要流程P管管LDD

7、光刻、注入光刻、注入N+有源区光刻、注入有源区光刻、注入BPSG淀积淀积接触孔光刻接触孔光刻N+接触孔光刻、注入接触孔光刻、注入淀积金属淀积金属1、反刻、反刻淀积绝缘介质淀积绝缘介质通孔光刻通孔光刻淀积金属淀积金属2、反刻、反刻淀积钝化层、光刻淀积钝化层、光刻侧墙氧化物淀积、侧墙腐蚀侧墙氧化物淀积、侧墙腐蚀1.1.衬底制备衬底制备2.2.外延外延 P-type (111)P-type (100)N-type (111)N-type (100)3.3.形成形成N N阱阱 阱的作用是什么？阱的作用是什么？ 阱是如何形成的？阱是如何形成的？ N N阱光刻版图形和阱光刻版图形和N N阱形成后的芯片剖面

8、图阱形成后的芯片剖面图epi4.生长SiO2和Si3N4 epi5.5.场区注入和场区氧化场区注入和场区氧化 场氧化的作用？场氧化的作用？为什么要进行场区注入？为什么要进行场区注入？ 场区光刻版图形及场区氧化后的芯片剖面图场区光刻版图形及场区氧化后的芯片剖面图epiepi6.6.阈值电压调整注入阈值电压调整注入什么是阈值电压？什么是阈值电压？阈值电压调整的作用？阈值电压调整的作用？7.7.清洁有源区表面、长栅氧清洁有源区表面、长栅氧 epi8.8.多晶硅栅的形成多晶硅栅的形成 多晶硅掩膜版图形及光刻后的芯片剖面图多晶硅掩膜版图形及光刻后的芯片剖面图epi9.LDD9.LDD（lightly d

9、oped drainlightly doped drain）注入）注入 有有LDD注入的注入的MOS管剖面图管剖面图10.10.侧墙的形成侧墙的形成侧墙的形成侧墙的形成形成源漏区形成源漏区11.P11.P+ +（activeactive）注入）注入 Pplus掩膜版图形及掩膜版图形及P+有源区注入后的芯片剖面图有源区注入后的芯片剖面图epi12.N12.N+ +（activeactive）注入）注入 Nplus掩膜版图形及掩膜版图形及N+有源区注入后的芯片剖面图有源区注入后的芯片剖面图epi13.13.形成接触孔形成接触孔 接触孔掩膜版图形及接触孔扩散后的芯片剖面图接触孔掩膜版图形及接触孔扩散

10、后的芯片剖面图epi14.14.形成金属形成金属1 1连线连线 金属金属1掩膜版图形及金属掩膜版图形及金属1反刻后的芯片剖面图反刻后的芯片剖面图epi15.15.形成通孔形成通孔 通孔掩膜版图形及通孔制作后的芯片剖面图通孔掩膜版图形及通孔制作后的芯片剖面图epi16.16.形成金属形成金属2 2连线连线 金属金属2掩膜版图形及金属掩膜版图形及金属2反刻后的芯片剖面图反刻后的芯片剖面图epi电路图及版图的对应电路图及版图的对应 单元电路的版图单元电路的版图CMOS电路中的闩锁效应电路中的闩锁效应 集成电路中的元件集成电路中的元件NPNNPN晶体管及其寄生效应晶体管及其寄生效应1.NPN1.NPN

11、晶体管的结构及其有源寄生晶体管的结构及其有源寄生 PNP PNP晶体管晶体管1. 1. 横向横向PNPPNP晶体管晶体管2. 2. 衬底衬底PNPPNP晶体管晶体管 大电流衬底大电流衬底PNPPNP管管 衬底衬底PNPPNP管版图管版图 及剖面结构图及剖面结构图 CMOS CMOS工艺中的衬底工艺中的衬底PNPPNP管管 集成电路中的二极管集成电路中的二极管1. 1. 一般集成二极管一般集成二极管BCBC短接的二极管短接的二极管BEBE短接的二极管短接的二极管2. 2. 隐埋齐纳二极管隐埋齐纳二极管隐埋齐纳二极管隐埋齐纳二极管版图及剖面结构版图及剖面结构 集成电路中的电阻器集成电路中的电阻器1

12、. 1. 双极型基本工艺形成的电阻器双极型基本工艺形成的电阻器 基区扩散电阻结构基区扩散电阻结构a)a)外延层中发射区扩散电阻外延层中发射区扩散电阻 b)b)硼扩散中发射区扩散电阻硼扩散中发射区扩散电阻 发射区扩散电阻结构发射区扩散电阻结构 基区沟道电阻结构基区沟道电阻结构 外延层体电阻结构外延层体电阻结构2. CMOS2. CMOS基本工艺形成的电阻器基本工艺形成的电阻器 多晶硅电阻和有源区电阻结构多晶硅电阻和有源区电阻结构 N N阱电阻结构阱电阻结构 MOS MOS管沟道电阻结构管沟道电阻结构3. 3. 离子注入形成的电阻器离子注入形成的电阻器 a)a)双极型双极型PNPN结隔离工艺结隔离

13、工艺 b) Nb) N阱阱CMOSCMOS工艺工艺 双极工艺和双极工艺和CMOSCMOS工艺中的工艺中的P P型高阻离子注入电阻结构型高阻离子注入电阻结构4. 4. 电阻阻值与常用图形电阻阻值与常用图形 几种常用电阻图形几种常用电阻图形3. MOS3. MOS结构电容结构电容 MOS MOS电容物理结构电容物理结构 MOS电容结构：电容结构：上极板：上极板： 多晶硅栅（或者金属栅）多晶硅栅（或者金属栅）中间介质层：中间介质层： SiO2介质层介质层下极板：下极板： P型半导体衬底（或者型半导体衬底（或者N型衬底）型衬底）集成电路电容器结构集成电路电容器结构衬底衬底氧化层介质氧化层介质金属接触金属接触衬底衬底介质材料介质材料 (氧化层氧化层)第二层掺杂多晶硅第二层掺杂多晶硅金属到第一层多晶的接触金属到第一层多晶的接触第一层掺杂第一层掺杂多晶层多晶层衬