第3章 集成电路制造工艺.ppt

3.7.2 工艺模拟 所谓工艺模拟，就是在深入探讨各工艺过程物理机制的基础上，对各工艺过程建立数学模型，给出数学表达式，在某些已知工艺过程和参数的情况下，利用CAD技术对被设计的集成电路的每个工艺过程进行数值求解，计算出设计的集成电路在该工序后的杂质浓度分布、掺杂类型变化或者结构特性变化等。其中结构特性变化是指工艺过程引起的集成电路各层的厚度和宽度的变化等。 因此，通过工艺模拟，我们可以在不经过实际流片的情况下，得到集成电路中的杂质浓度分布、器件结构变化以及氧化、薄膜淀积以及其他热过程等引起的应力变化，并可以得到与杂质浓度分布有关的电学参数如结深度、薄层电阻、MOS夹断电压等，还可以预测工艺参数偏移对工艺结果和集成电路特性的影响。 如果通过工艺模拟与器件模拟相结合，可以获得工艺参数和条件的变化对集成电路性能的影响。因此，工艺模拟可以用来优化工艺流程和工艺过程和条件，能够大大缩短高性能集成电路的开发周期，提高集成电路的成品率。目前较通用的工艺模拟软件主要有SILVACO、SUPREM等。 工艺模拟的主要功能是根据集成电路的工艺过程和工艺条件，按照工艺制造过程从衬底选择开始，选择每道工艺的材料并按照相应的工艺模型逐步模拟集成电路的每个工艺过程，最后完成整个集成电路的工艺过程。由于每个集成电路的工艺都是包括多个步骤的工艺，每一个后续工艺的模拟，都需要考虑前面工艺中的结构，材料，掺杂浓度分布等的。 工艺模拟软件能处理的工艺过程包括离子注入、预淀积、氧化、扩散、外延、低温淀积、光刻、腐蚀等几乎全部已知的工艺过程。这些工艺过程一般分为两类：一类是需要高温处理的过程，如氧化、扩散、外延、预淀积等，需要考虑杂质扩散和再分布，氧化和外延过程还要考虑氧化层和外延层厚度的增加以及界面的移动；另一类是不需要高温的处理过程，如离子注入、低温淀积、光刻、腐蚀等，除了离子注入会影响杂质分布外，其它非高温处理过程可以不考虑杂质再分布，但会引起器件结构的变化。 通常，器件能够模拟的材料，工艺模拟软件也能够模拟。 3.8 本章小结 本章的内容主要分为三个部分。 第一部分简单介绍了集成电路工艺中的重要的基本加工工艺，包括：外延生长，掩膜制版，光刻，掺杂，金属层的形成，绝缘层的形成等，为学习集成电路的特定工艺做准备。 第二部分则介绍了CMOS工艺集成电路的制造的特定工艺。 第三部分介绍了集成电路工艺CAD的基本概念和基本过程。 集成电路设计技术与工具 第三章 集成电路制造工艺 本章基本要求： 了解集成电路基本加工工艺 了解CMOS工艺流程的主要步骤 掌握MOS工艺的自对准原理 了解器件模拟及工艺模拟的意义及原理 内容提要 3.1 引言 3.2 集成电路基本加工工艺 3.3 CMOS集成电路的基本制造工艺 3.4 集成电路工艺及器件CAD 3.5 本章小结 3.1 引言 填空题 集成电路基本加工工艺包括衬底外延生长、掩膜制版、光刻、掺杂、绝缘层和金属层形成等。而集成电路的特定工艺包括硅基的双极型工艺、CMOS、BiCMOS，锗硅HBT工艺和BiCMOS工艺，SOI材料的CMOS工艺，GaAs基/InP基的MESFET工艺、HEMT工艺和HBT工艺等。 尽管特定工艺种类繁多，若以晶体管类型来区分，目前常用的大体上可分为双极型/HBT、MESFET/HEMT、CMOS、BiCMOS四大类型。 目前应用最广泛的特定工艺是CMOS工艺。 在CMOS工艺中，又可细分为DRAM工艺、逻辑工艺、模拟数字混合集成工艺，RFIC工艺等。 本章将介绍主流的CMOS工艺的基本加工过程。 3.2 集成电路基本加工工艺 制造一个集成电路需要经过几十甚至几百道工艺过程。这样复杂的工艺过程其实是由数种基本的集成电路加工工艺组成的。集成电路的基本加工工艺包括外延生长、掩膜制版、光刻、掺杂、金属层的形成、绝缘层的形成等。任何复杂的集成电路制造都可以分解为这些基本加工工艺。下面分别介绍几种主要的集成电路基本加工工艺。 3.2.1 外延生长 “外延”是指在单晶硅衬底上生长一层新单晶的技术。同质外延 vs. 异质外延 外延层具有很多优良性能。 不同的外延工艺可制备不同的材料系统。目前常见的外延技术为化学汽相沉积 （CVD：Chemical Vapor Deposition）、金属有机物汽相沉积（MOCVD：Metal Organic CVD）和分子束外延生长（MBE：Molecular Beam Epitaxy）。 3.2.2 掩膜的制版工艺 在集成电路开始制造之前，需要预先设定好每个工艺的制造过程和先后顺序。 每个工艺中都需要掩膜来覆盖暂时不需要加工的位置，需要加工的位置则需要按照一定的图形来加工。 版图设计就是将集成电路的布局按照集成电路工艺过程分为多层掩膜版的过程。 将这些过程制作成掩膜