第一章集成电路的基本制造工艺课件

1、第一章 集成电路的基本制造工艺第一章 集成电路的基本制造工艺半导体制造工艺分类PMOS型双极型MOS型CMOS型NMOS型BiMOS饱和型非饱和型TTLI2LECL/CML半导体制造工艺分类PMOS型双极型MOS型CMOS型NMOS半导体制造工艺分类一 双极型IC的基本制造工艺： A ） 在元器件间要做电隔离区（PN结隔离、介质隔离及混合隔离） ECL（发射极耦合逻辑电路） TTL/DTL ，STTL B） 在元器件间自然隔离 I2L（集成输入逻辑电路）半导体制造工艺分类一 双极型IC的基本制造工艺：半导体制造工艺分类二 MOSIC的基本制造工艺： 根据栅工艺分类 铝栅工艺 硅栅工艺 其他分类

2、（根据沟道） PMOS、NMOS、CMOS（根据负载元件）E/R、E/E、E/D 半导体制造工艺分类二 MOSIC的基本制造工艺：半导体制造工艺分类三 Bi-CMOS工艺： A 以CMOS工艺为基础 P阱，N阱 ，双阱 Bi-CMOS工艺 B 以双极型工艺为基础半导体制造工艺分类三 Bi-CMOS工艺：双极型集成电路和MOS集成电路优缺点双极型集成电路速度高、驱动能力强、模拟精度高、功耗比较大CMOS集成电路低的静态功耗、宽的电源电压范围、宽的输出电压幅度（无阈值损失），具有高速度、高密度潜力；电流驱动能力低双极型集成电路和MOS集成电路优缺点双极型集成电路一. 双极集成电路的基本制造工艺双极

3、集成电路的基本制造工艺可分为两类：元器件要做隔离区（隔离的方法有很多种，pn结隔离，全介质隔离，pn结-介质混合隔离等）；元器件间自然隔离一. 双极集成电路的基本制造工艺双极集成电路的基本制造工艺可1、pn结隔离工艺在早期的标准双极型工艺中，都是采用pn结来隔离各个三极管间的集电极。采用pn结隔离分为三种结构：（1）标准下埋集电极三极管（SBC）（2）集电极扩散隔离三极管（CDI）（3）三重扩散三极管（3D） 1、pn结隔离工艺在早期的标准双极型工艺中，都是采用pn结来典型的PN结隔离的掺金TTL电路工艺流程一次氧化衬底制备隐埋层扩散外延淀积热氧化隔离光刻隔离扩散再氧化基区扩散再分布及氧化发射

4、区光刻背面掺金发射区扩散反刻铝接触孔光刻铝淀积隐埋层光刻基区光刻再分布及氧化铝合金淀积钝化层中测压焊块光刻典型的PN结隔离的掺金TTL电路工艺流程一次氧化衬底制备隐埋NPN晶体管刨面图ALSiO2BPP+P-SUBN+ECN+-BLN-epiP+NPN晶体管刨面图ALSiO2BPP+P-SUBN+ECN+NPN晶体管刨面图ALSiO2BPP+P-SUBN+ECN+-BLN-epiP+NPN晶体管刨面图ALSiO2BPP+P-SUBN+ECN+衬底选择P型Si ：10.cm 早期工艺选 111晶向,现在的工艺多选100晶向 衬底选择P型Si ：10.cm 早期工艺选第一次光刻N+埋层扩散孔制作埋

5、层的目地：1。减小集电极串联电阻2。减小寄生PNP管的影响埋层杂质选择原则1。 杂质固浓度大2。高温时在Si中的扩散 系数小，以减小上推3。 与衬底晶格匹配好，以减小应力P-SUBN+-BL涂胶烘烤-掩膜（曝光）-显影-坚膜蚀刻清洗去膜-清洗N+扩散(P)第一次光刻N+埋层扩散孔制作埋层的目地：P-SUBN+-B外延层淀积VPE（Vaporous phase epitaxy) 气相外延生长硅 SiCl4+H2Si+HCl外延层淀积时考虑的设计主要参数是外延层电阻率和外延层厚度 TepiXjc+Xmc+TBL-up+tepi-oxSiO2N+-BLP-SUBN-epiN+-BL外延层淀积VPE（

6、Vaporous phase epitax第二次光刻P+隔离扩散孔涂胶烘烤-掩膜（曝光）-显影-坚膜蚀刻清洗去膜-清洗P+扩散(B)N+-BLP-SUBN-epiN+-BLN-epiP+P+P+在衬底上形成孤立的外延层岛,实现元件的隔离第二次光刻P+隔离扩散孔涂胶烘烤-掩膜（曝光）-第三次光刻P型基区扩散孔 决定NPN管的基区扩散位置范围SiO2N+-BLP-SUBN-epiN+-BLP+P+P+PP去SiO2氧化-涂胶烘烤-掩膜（曝光）-显影-坚膜蚀刻清洗去膜清洗基区扩散(B)第三次光刻P型基区扩散孔 决定NPN管的基区扩散位置第四次光刻N+发射区扩散孔集电极和N型电阻的接触孔；Al-Si

7、欧姆接触：ND10e19cm-3SiO2N+-BLP-SUBN-epiN+-BLP+P+P+PPN+去SiO2氧化-涂胶烘烤-掩膜（曝光）-显影-坚膜蚀刻清洗去膜清洗扩散第四次光刻N+发射区扩散孔集电极和N型电阻的接触孔；Al-第五次光刻引线接触孔SiO2N+N+-BLP-SUBN-epiN+-BLP+P+P+PPN-epi去SiO2氧化-涂胶烘烤-掩膜（曝光）-显影-坚膜蚀刻清洗去膜清洗第五次光刻引线接触孔SiO2N+N+-BLP-SUBN第六次光刻金属化内连线ALN+N+-BLP-SUBN-epiN+-BLP+P+P+PPN-epi去SiO2氧化-涂胶烘烤-掩膜（曝光）-显影-坚膜蚀刻清洗

8、去膜清洗蒸铝第六次光刻金属化内连线ALN+N+-BLP-SUBN-ep第七次光刻-压焊点光刻硅片进行钝化，覆盖上PSG，需进行压焊点光刻第七次光刻-压焊点光刻硅片进行钝化，覆盖上PSG，需进行压焊横向PNP晶体管刨面图PNPCBENPP+P+PP横向PNP晶体管刨面图PNPCBENPP+P+PP纵向PNP晶体管刨面图CBENPp+PNP纵向PNP晶体管刨面图CBENPp+PNPCDI （Collector-Diffusion Isolation 集电极扩散隔离工艺 ）整个器件区域由一个n环包围，这个n环与下埋n层相连，这样三极管就被由集电极和衬底构成的pn结与外界隔离开来 CDI （Colle

9、ctor-Diffusion Isola3D集电极、发射极、基极均是由注入工艺实现的3D集电极、发射极、基极均是由注入工艺实现的2.氧化物隔离双极工艺CEBCEB介质隔离结构的优点：面积小；寄生电容小 缺点：不能减小发射极、基极、集电极之间的距离（有源区面积还是很大）； 需要长时间的高温氧化； 器件按比例缩小困难pn结隔离介质结隔离2.氧化物隔离双极工艺CEBCEB介质隔离结构的优点：面积小3.先进的双极器件工艺先进的双极器件工艺包括三个特点：自对准多晶硅发射极深槽隔离3.先进的双极器件工艺先进的双极器件工艺包括三个特点：先进的双极器件工艺-自对准发射极由n多晶硅形成，基极电极由p+多晶硅形成

10、两层多晶硅之间的氧化层称为侧墙，它保证了晶体管基极和发射极之间的自对准先进的双极器件工艺-自对准发射极由n多晶硅形成，基极电极由先进的双极器件工艺-自对准常规结构和自对准结构的对比先进的双极器件工艺-自对准常规结构和自对准结构的对比先进的双极器件工艺-多晶硅发射极多晶硅发射极解决双极型晶体管纵向按比例缩小问题的最佳方案之一就是采用多晶硅发射极结构；避免发射区离子注入对硅表面的损伤；多晶硅发射极具有较大电流增益；发射极引出在发射区外面,避免铝的尖锥穿透问题先进的双极器件工艺-多晶硅发射极多晶硅发射极解决双极型晶体管先进的双极器件工艺-深槽隔离深槽隔离深槽隔离技术：令沟槽穿透外延层和埋层直至衬底，

11、将相邻的晶体管隔开;需要RIE刻槽技术优点：无p+隔离区横向扩散问题;省去了形成场氧化层的高温过程;沟槽击穿电压高先进的双极器件工艺-深槽隔离深槽隔离深槽隔离技术：令沟槽穿二. CMOS集成电路制造工艺二. CMOS集成电路制造工艺CMOS集成电路工艺-以P阱硅栅CMOS为例1 光刻I-阱区光刻，刻出阱区注入孔 N-SiN-SiSiO2CMOS集成电路工艺-以P阱硅栅CMOS为例1 光刻I-CMOS集成电路工艺-以P阱硅栅CMOS为例2 阱区注入及推进，形成阱区N-SiP-CMOS集成电路工艺-以P阱硅栅CMOS为例2 阱区注入CMOS集成电路工艺-以P阱硅栅CMOS为例3 去除SiO2，长薄

12、氧，长Si3N4N-SiP-Si3N4CMOS集成电路工艺-以P阱硅栅CMOS为例3 去除SiCMOS集成电路工艺-以P阱硅栅CMOS为例4 光II-有源区光刻N-SiP-Si3N4CMOS集成电路工艺-以P阱硅栅CMOS为例4 光II-CMOS集成电路工艺-以P阱硅栅CMOS为例5 光III-N管场区光刻，N管场区注入（注入相同类型杂质），以提高场开启，及改善阱的接触。光刻胶N-SiP-B+CMOS集成电路工艺-以P阱硅栅CMOS为例5 光IIICMOS集成电路工艺-以P阱硅栅CMOS为例6 光-p管场区光刻，p管场区注入，以提高场开启光刻胶N-SiP-N type impurityCMOS

13、集成电路工艺-以P阱硅栅CMOS为例6 光-CMOS集成电路工艺-以P阱硅栅CMOS为例7 光-多晶硅光刻，形成多晶硅栅及多晶硅电阻多晶硅N-SiP-CMOS集成电路工艺-以P阱硅栅CMOS为例7 光-CMOS集成电路工艺-以P阱硅栅CMOS为例8 光I-P+区光刻，P+区注入。形成PMOS管的源、漏区及P+保护环。N-SiP-B+CMOS集成电路工艺-以P阱硅栅CMOS为例8 光I-CMOS集成电路工艺-以P阱硅栅CMOS为例9 光-N管场区光刻，N管场区注入，形成NMOS的源、漏区及N+保护环。光刻胶N-SiP-AsCMOS集成电路工艺-以P阱硅栅CMOS为例9 光-CMOS集成电路工艺-

14、以P阱硅栅CMOS为例10 长PSG（磷硅玻璃）。PSGN-SiP+P-P+N+N+CMOS集成电路工艺-以P阱硅栅CMOS为例10 长PSCMOS集成电路工艺-以P阱硅栅CMOS为例11 光刻-引线孔光刻。PSGN-SiP+P-P+N+N+CMOS集成电路工艺-以P阱硅栅CMOS为例11 光刻CMOS集成电路工艺-以P阱硅栅CMOS为例12 光刻-引线孔光刻（反刻AL）。PSGN-SiP+P-P+N+N+VDDINOUTPNSDDSCMOS集成电路工艺-以P阱硅栅CMOS为例12 光刻三. Bi-CMOS 工艺Bi-CMOS工艺是把双极器件和CMOS器件同时制作在同一个芯片上，它综合了 双极器件高跨导、驱动能力强和CMOS器件高集成度和低功耗的优点。