《微電子Cha》PPT課件

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1、集成電路制造工藝集成電路設(shè)計與制造的主要流程框架設(shè)計芯片檢測單晶、外延材料掩膜版芯片制造過程封裝測試系統(tǒng)需求集成電路的設(shè)計過程：設(shè)計創(chuàng)意+仿真驗證集成電路芯片設(shè)計過程框架From吉利久教授是功能要求行為設(shè)計（VHDL）行為仿真綜合、優(yōu)化——網(wǎng)表時序仿真布局布線——版圖后仿真否是否否是Singoff—設(shè)計業(yè)——制造業(yè)—芯片制造過程由氧化、淀積、離子注入或蒸發(fā)形成新的薄膜或膜層曝光刻蝕硅片測試和封裝用掩膜版重復(fù)20-30次集成電路芯片的顯微照片集成電路的內(nèi)部單元(俯視圖)溝道長度為0.15微米的晶體管柵長為90納米的

2、柵圖形照片50?m100?m頭發(fā)絲粗細30?m1?m?1?m(晶體管的大小)30~50?m(皮膚細胞的大小)90年代生產(chǎn)的集成電路中晶體管大小與人類頭發(fā)絲粗細、皮膚細胞大小的比較N溝道MOS晶體管CMOS集成電路(互補型MOS集成電路)：目前應(yīng)用最為廣泛的一種集成電路，約占集成電路總數(shù)的95%以上。集成電路制造工藝圖形轉(zhuǎn)換：將設(shè)計在掩膜版(類似于照相底片)上的圖形轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體單晶片上摻雜：根據(jù)設(shè)計的需要，將各種雜質(zhì)摻雜在需要的位置上，形成晶體管、接觸等制膜：制作各種材料的薄膜圖形轉(zhuǎn)換：光刻光刻三要素：光刻膠、掩膜

3、版和光刻機光刻膠又叫光致抗蝕劑，它是由光敏化合物、基體樹脂和有機溶劑等混合而成的膠狀液體光刻膠受到特定波長光線的作用后，導(dǎo)致其化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使光刻膠在某種特定溶液中的溶解特性改變正膠：分辨率高，在超大規(guī)模集成電路工藝中，一般只采用正膠負膠：分辨率差，適于加工線寬≥3?m的線條正膠：曝光后可溶負膠：曝光后不可溶圖形轉(zhuǎn)換：光刻幾種常見的光刻方法接觸式光刻：分辨率較高，但是容易造成掩膜版和光刻膠膜的損傷。接近式曝光：在硅片和掩膜版之間有一個很小的間隙(10～25?m)，可以大大減小掩膜版的損傷，分辨率較低投影式曝光

4、：利用透鏡或反射鏡將掩膜版上的圖形投影到襯底上的曝光方法，目前用的最多的曝光方式三種光刻方式圖形轉(zhuǎn)換：光刻超細線條光刻技術(shù)甚遠紫外線(EUV)電子束光刻X射線離子束光刻圖形轉(zhuǎn)換：刻蝕技術(shù)濕法刻蝕：利用液態(tài)化學(xué)試劑或溶液通過化學(xué)反應(yīng)進行刻蝕的方法干法刻蝕：主要指利用低壓放電產(chǎn)生的等離子體中的離子或游離基(處于激發(fā)態(tài)的分子、原子及各種原子基團等)與材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或通過轟擊等物理作用而達到刻蝕的目的圖形轉(zhuǎn)換：刻蝕技術(shù)濕法腐蝕：濕法化學(xué)刻蝕在半導(dǎo)體工藝中有著廣泛應(yīng)用：磨片、拋光、清洗、腐蝕優(yōu)點是選擇性好、重復(fù)性好、生產(chǎn)

5、效率高、設(shè)備簡單、成本低缺點是鉆蝕嚴重、對圖形的控制性較差干法刻蝕濺射與離子束銑蝕：通過高能惰性氣體離子的物理轟擊作用刻蝕，各向異性性好，但選擇性較差等離子刻蝕(PlasmaEtching)：利用放電產(chǎn)生的游離基與材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成揮發(fā)物，實現(xiàn)刻蝕。選擇性好、對襯底損傷較小，但各向異性較差反應(yīng)離子刻蝕(ReactiveIonEtching，簡稱為RIE)：通過活性離子對襯底的物理轟擊和化學(xué)反應(yīng)雙重作用刻蝕。具有濺射刻蝕和等離子刻蝕兩者的優(yōu)點，同時兼有各向異性和選擇性好的優(yōu)點。目前，RIE已成為VLSI工藝中應(yīng)

6、用最廣泛的主流刻蝕技術(shù)雜質(zhì)摻雜摻雜：將需要的雜質(zhì)摻入特定的半導(dǎo)體區(qū)域中，以達到改變半導(dǎo)體電學(xué)性質(zhì)，形成PN結(jié)、電阻、歐姆接觸磷(P)、砷(As)——N型硅硼(B)——P型硅摻雜工藝：擴散、離子注入擴散替位式擴散：雜質(zhì)離子占據(jù)硅原子的位：Ⅲ、Ⅴ族元素一般要在很高的溫度(950～1280℃)下進行磷、硼、砷等在二氧化硅層中的擴散系數(shù)均遠小于在硅中的擴散系數(shù)，可以利用氧化層作為雜質(zhì)擴散的掩蔽層間隙式擴散：雜質(zhì)離子位于晶格間隙：Na、K、Fe、Cu、Au等元素擴散系數(shù)要比替位式擴散大6～7個數(shù)量級雜質(zhì)橫向擴散示意圖使實際

7、的擴散區(qū)寬度大于氧化層掩蔽窗口，對小尺寸器件不利。使擴散區(qū)的四個角為球面狀，引起電場在該處集中，導(dǎo)致pn結(jié)擊穿電壓降低。固態(tài)源擴散：如B2O3、P2O5、BN等，與硅晶片相隔一定距離放在石英管內(nèi)，通過氮氣將雜質(zhì)源蒸汽輸運到硅晶片表面，在高溫下，雜質(zhì)化合物會與硅發(fā)生反應(yīng)，生成單質(zhì)的雜質(zhì)原子擴散進入硅中。利用液態(tài)源進行擴散的裝置示意圖攜帶氣體通過含有雜質(zhì)的液態(tài)雜質(zhì)源離子注入離子注入：將具有很高能量的雜質(zhì)離子射入半導(dǎo)體襯底中的摻雜技術(shù)，摻雜深度由注入雜質(zhì)離子的能量和質(zhì)量決定，摻雜濃度由注入雜質(zhì)離子的數(shù)目(劑量)決定摻雜

8、的均勻性好溫度低：小于600℃可以精確控制雜質(zhì)分布可以注入各種各樣的元素橫向擴展比擴散要小得多。可以對化合物半導(dǎo)體進行摻雜離子注入系統(tǒng)的原理示意圖離子源：產(chǎn)生注入離子。磁分析器：篩選出需要的雜質(zhì)離子。加速管：形成靜電場，加速離子。聚焦和掃描系統(tǒng)：由靜電聚焦透鏡聚焦，經(jīng)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，Y方向掃描，X方向掃描,離子束被注射到晶片上，偏轉(zhuǎn)的目的是為了阻止束流傳輸過程中產(chǎn)生的中性粒子射