《微电子工艺》第8章工艺集成与IC制造.pptx

;TextbookandReferences;学完本章之后，你应该能够：

描述无源器件集成的基本方法

列出双极型集成电路的制备工艺

列出CMOS集成电路的制备工艺

列出MESFET的制备工艺

解释芯片封装的目的

了解微电子工艺的发展趋势;集成电路工艺流程;在微波、光电及功率器件的应用上通常是采用分立器件(discretedevices)。例如，碰撞电离雪崩渡越时间二极管(IMPATT)用作微波产生器、激光当作光源、可控硅器件(thyristor)作为高功率的开关。然而，大部分的电子系统是将有源器件(如晶体管)及无源器件(如电阻、电容和电感)一起构建在单晶半导体衬底(substrate)上，并通过金属化的形式互连(interconnect)而形成集成电路(IC)。

集成电路拥有许多需通过打线连接(wirebonding)的分立器件所没有的优点，包括：①降低互连的寄生效应，因为具有多层金属连线的集成电路，可大幅度降低总连线长度；②可充分利用半导体晶片(wafer)的空间和面积(realestate)，因为器件可以紧密地布局在IC芯片内；③大幅度降低制造成本，因为打线连接是一项既耗时又易出错的工作。;右图为IC制造主要步骤间的相互关系。IC制造使用具有特定阻值和晶向的抛光晶片(polishedwafers)作为起始材料，薄膜淀积的步骤包含热氧化生长氧化层、淀积形成多晶硅、介电层及金属薄膜形成。;薄膜的形成通常在光刻工艺或杂质掺杂之前，在光刻工艺之后，一般接着进行刻蚀，接下来则通常是另一杂质掺杂或是薄膜淀积。用掩模版依序地将图案一层一层地移转到半导体晶片的表面上，IC工艺即大功告成。;制造工艺结束之后，每片晶片包含着数以百计的相同长方形的芯片。芯片通常边长介于1mm～20mm，如图(a)所示。这些芯片用金刚石锯或激光切割分隔开。图(b)所示为一已切割的芯片，图(c)为单个MOSFET及双极型晶体管的顶视图。;由图可看出一个器件在一个芯片内所占的相对大小。在分离芯片之前，每个芯片都要经过电性测试，有缺陷的芯片通常以黑色墨水打印上记号，好的芯片则被选出来封装以便在适当的温度、电性和金属连线的环境下应用于电子系统。;IC芯片可能只含有少量器件(如晶体管、二极管、电阻、电容等)，但也往往含有超过十亿个器件。

自从1959年的单片集成电路发明以来，必威体育精装版(stateoftheart)IC芯片上的器件数量一直呈指数增长。

通常用复杂程度来标称一个IC，如具有100个器件的芯片称为小规模集成电路(SSI)，达1000个器件者称为中规模集成电路(MSI)，达100000个器件以上者称为大规模集成电路(LSI)，高达107个器件者为超大规模集成电路(VLSI)，而含有更多数目的器件数量的芯片则称为甚大规模集成电路(ULSI)。

后面将介绍两个ULSI芯片，一个为包含超过4200万个器件的32位微处理器和一个具有超过20亿个器件的1G位动态随机存储器(DRAM)。;集成电路电阻;由如图所示的掩模版定义出不同的几何图样，可同时在一个集成电路中制造出许多不同阻值的电阻。因为对所有电阻而言工艺步骤是相同的，因此将电阻值的大小分成两部分是很方便的：由离子注入(或是扩散)工艺决定薄层电阻(Rs)；由图样尺寸决定L/W比例。一旦Rs已知，电阻值可以由L/W的比例得知，或是由电阻图样中的方块数目得知(每个方块的面积为W×W)。端点接触面积会增加额外的电阻值至集成电路电阻中。就图中类型的电阻，每个端点接触对应到大约0.65个方块；对曲折型电阻而言，在弯曲处的电场线分布不是均匀地跨过电阻的宽度，而是密集于内侧的转角处。因此在弯曲处的一个方块并不准确地等于一个方块，而是约为0.65个方块。;电阻制备工艺流程;电阻计算方法;试求一个如图所示，90μm长，10μm宽的电阻器的电阻值，已知方块电阻等于1kΩ/□。电阻器的端头接触会引起附加电阻，一个端头接触近似于0.65个方块。

解：电阻器由9个方块组成，两个端头接触相当于1.3个方块，则电阻值等于：(9＋1.3)×1kΩ/□＝10.3kΩ

;集成电路电容:在集成电路中有两种电容：MOS电容和p-n结电容。MOS电容的制造是利用一个高浓度区域(如发射极区域)作为一个电极板。上端的金属电极作为另一个电极板，中间的氧化层当作介电层。MOS电容的顶视图和截面图如图(a)所示。;MOS电容器件结构：采用一个重掺杂区域(如发射极区域)为一个极板，上端金属层为另一个极板，介于中间的氧化物作为介质。

制备方法：a.在衬底上热生长一层厚氧化物，光刻形成窗口，并刻蚀掉氧化物；b.在窗口处注入/扩散形成p＋掺杂区域，周围的厚氧化物作为掩模；c.在窗口处再热生长一层薄