集成电路设计基础解析.ppt

《集成电路设计基础》 《集成电路设计基础》 山东大学 信息学院 刘志军 上次课内容 第3章 集成电路工艺简介 3.1 引言 3.2 外延生长工艺 3.3 掩模的制版工艺 3.4 光刻工艺 3.5 掺杂工艺 3.6 绝缘层形成工艺 3.7 金属层形成工艺 本次课内容 第4章 集成电路特定工艺 4.1 引言 4.2 双极型集成电路的基本制造工艺 4.3 MESFET工艺与HEMT工艺 4.4 CMOS集成电路的基本制造工艺 4.5 BiCMOS集成电路的基本制造工艺 4.1 引言 所谓 特定工艺，常常是指以一种材料为衬底、一种或几种类型的晶体管为主要的有源器件；辅以一定类型的无源器件；以特定的简单电路为基本单元；形成应用于一个或多个领域中各种电路和系统的工艺。 特定工艺 这些特定工艺包括： 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。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。 4.2 双极型集成电路的基本制造工艺 在双极型集成电路的基本制造工艺中，要不断地进行光刻、扩散、氧化的工作。 典型的PN结隔离的掺金TTL电路工艺流程图如下图所示。 典型PN结隔离掺金TTL电路工艺流程图 双极型集成电路基本制造工艺步骤 （1）衬底选择 对于典型的PN结隔离双极集成电路，衬底一般选用 P型硅。芯片剖面如图。 双极型集成电路基本制造工艺步骤 （2）第一次光刻——N+隐埋层扩散孔光刻 一般来讲，由于双极型集成电路中各元器件均从上表面实现互连，所以为了减少寄生的集电极串联电阻效应，在制作元器件的外延层和衬底之间需要作N+隐埋层。 第一次光刻——N+隐埋层扩散孔光刻  从上表面引出第一次光刻的掩模版图形及隐埋层扩散后的芯片剖面见图。 双极型集成电路基本制造工艺步骤 （3）外延层淀积 外延层淀积时应该考虑的设计参数主要有：外延层电阻率ρepi和外延层厚度Tepi。外延层淀积后的芯片剖面如图。 双极型集成电路基本制造工艺步骤 （4）第二次光刻——P+隔离扩散孔光刻 隔离扩散的目的是在硅衬底上形成许多孤立的外延层岛，以实现各元件间的电隔离。 目前最常用的隔离方法是反偏PN结隔离。一般P型衬底接最负电位，以使隔离结处于反偏，达到各岛间电隔离的目的。 第二次光刻——P+隔离扩散孔光刻  隔离扩散孔的掩模版图形及隔离扩散后的芯片剖面图如图所示。 双极型集成电路的基本制造工艺步骤 （5）第三次光刻——P型基区扩散孔光刻 基区扩散孔的掩模版图形及基区扩散后的芯片剖面图如图所示。 双极型集成电路的基本制造工艺步骤 （6）第四次光刻——N+发射区扩散孔光刻 此次光刻还包括集电极、N型电阻的接触孔和外延层的反偏孔。 第四次光刻——N+发射区扩散孔光刻 N+发射区扩散孔的掩模图形及N+发射区扩散后的芯片剖面图如图所示。 双极型集成电路的基本制造工艺步骤 （7） 第五次光刻——引线接触孔光刻 此次光刻的掩模版图形如图所示。 双极型集成电路的基本制造工艺步骤 （8）第六次光刻——金属化内连线光刻 反刻铝形成金属化内连线后的芯片复合图及剖面图如图。 4.3 MESFET工艺与HEMT工艺 MESFET是第一代GaAs晶体管 类型和工艺标识，是 GaAs 单片集成电路技术的基础，现在是 GaAs VLSI 的主导工艺。 HEMT工艺是最先进的GaAs集成电路工艺。 MESFET和HEMT两者的工作原理和工艺制造基础基本相同。 MESFET工艺 下图将示出GaAs MESFET的基本结构。在半绝缘 (Semi-isolating，s.i.)GaAs衬底上的N型GaAs 薄层为有源层。这一层可以采用液相外延(LPE)、汽相外延(VPE)或分子束外延(MBE)三种外延方法沉积形成，也可以通过离子注入形成。 MESFET工艺 MESFET工艺 （1）有源层上面两侧的金属层通常是金锗合金, 通过沉积形成, 与有源层形成源极和漏极的欧姆接触。这两个接触区之间的区域定义出有源