大规模集成电路第2章_集成电路工艺基础及版图设计1.ppt

第二章 集成电路工艺基础及版图设计 2.1 引言 2.2 集成电路制造工艺简介 2.3 版图设计技术 2.4 电参数设计规则 集成电路设计与制造的主要流程框架 集成电路芯片的显微照片 2. 工艺类型简介 按所制造器件结构的不同， 可把工艺分为双极型和MOS型两种基本类型。 双极工艺制造的器件， 它的导电机理是将电子和空穴这两种极性的载流子作为在有源区中运载电流的工具， 这也是它被称为双极工艺的原因。 MOS工艺又可分为单沟道MOS工艺和CMOS工艺。 单沟道MOS工艺又可分为PMOS工艺和NMOS工艺。 2. 工艺类型简介 根据工序的不同, 可以把工艺分成三类： 前工序、 后工序及辅助工序。 1) 前工序 前工序包括从晶片开始加工到中间测试之前的所有工序。 前工序结束时， 半导体器件的核心部分——管芯就形成了。 前工序中包括以下三类工艺： （1） 薄膜制备工艺： 包括氧化、 外延、 化学气相淀积、 蒸发、 溅射等。 （2） 掺杂工艺： 包括离子注入和扩散。 （3） 图形加工技术： 包括制版和光刻。 2. 工艺类型简介 2) 后工序 后工序包括从中间测试开始到器件完成的所有工序, 有中间测试、 划片、 贴片、 焊接、 封装、 成品测试等。 3) 辅助工序 前、 后工序的内容是IC工艺流程直接涉及到的工序， 为保证整个工艺流程的进行， 还需要一些辅助性的工序， 这些工序有： 集成电路 工艺 分类： 单片集成电路：硅平面工艺 薄膜集成电路：薄膜技术 厚膜集成电路：丝网印刷技术 单片集成电路工艺 单片集成电路工艺 利用研磨、抛光、氧化、扩散、光刻、外延生长、蒸发等一整套平面工艺技术，在一小块硅单晶片上同时制造晶体管、二极管、电阻和电容等元件，并且采用一定的隔离技术使各元件在电性能上互相隔离。然后在硅片表面蒸发铝层并用光刻技术刻蚀成互连图形，使元件按需要互连成完整电路，制成半导体单片集成电路。 2.2 集成电路制造工艺简介 集成电路是经过很多道工序制成的。其中最基础的工艺有： 生产所需类型衬底的硅圆片工艺； 确定加工区域的光刻工艺； 向芯片中增加材料的氧化、淀积、扩散和离子注入工艺； 去除芯片上的材料的刻蚀工艺。 集成电路的制造就是由这些基础工艺的不同组合构成的。 晶圆尺寸： ４寸 　是１００ＭＭ ８寸 是标准的２００ＭＭ１２寸　是标准的３００ＭＭ 200mm商用直拉单晶硅 半导体产业向前发展的两大启动点:不断扩大晶圆尺寸和缩小芯片特征尺寸 12英寸晶圆所容裸芯片数是8英寸晶圆的2．5倍，所以12英寸晶圆比8英寸晶圆节省30％成本，采用12英寸晶圆的每个芯片所耗能量、水量比8英寸少40％。 2002年12英寸晶圆制造设备量产，2008年全球拥有85条12英寸晶圆生产线. 半导体产业向前发展的两大启动点:不断扩大晶圆尺寸和缩小芯片特征尺寸 同样使用0.13微米的制程在300mm的晶圆可以制造大约427个处理器核心，300mm直径的晶圆的面积是200mm直径晶圆的2.25倍，出产的处理器个数却是后者的2.385倍，并且300mm晶圆实际的成本并不会比200mm晶圆来得高多少，这种成倍的生产率提高显然是所有芯片生产商所喜欢的。 然而，硅晶圆在晶圆生产过程中，离晶圆中心越远就越容易出现坏点。因此从硅晶圆中心向外扩展，坏点数呈上升趋势，这样我们就无法随心所欲地增大晶圆尺寸。目前Intel的300mm尺寸硅晶圆厂可以做到0.065μm（65纳米）的蚀刻尺寸。 1957年，人们在研究半导体材料的特性时发现二氧化硅层具有阻止杂质侵入的作用。这一发现直接导致了平面工艺技术的出现。 2. 热氧化原理与方法 生长SiO2薄膜的方法有多种， 如热氧化、 阳极氧化、 化学气相淀积等。 其中以热氧化和化学气相淀积（CVD）最为常用。 （1）热氧化：热氧化生成SiO2薄膜是将硅片放入高温（1000～ 1200 °C）的氧化炉内，然后通入氧气， 在氧化环境中使硅表面发生氧化, 生成SiO2薄膜。 根据氧化环境的不同，又可把热氧化分为干氧法和湿氧法两种。 干氧法：如果氧化环境是纯氧气， 这种生成SiO2薄膜的方法就称为干氧法。 机理： 氧气与硅表面的硅原子在高温下以 Si+O2=SiO2 式反应， 生成SiO2薄膜。 湿氧法：如果让氧气先通过95 °C的去离子水， 携带一部分水汽进入氧化炉， 则氧化环境就是氧气加水汽， 这种生成SiO2薄膜的方法就是湿氧法。 机理:湿氧法由于氧化环境中有水汽存在， 所以氧化过程不仅有氧气对硅的氧化作用， 还有水汽对硅的氧化作用， 即