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第二章

集成电路制造工艺

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本章课程安排

一、集成电路制造工艺与制造流程介绍

二、CMOS电路特性

三、系统中各种延迟特性分析

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本章课程安排

一、集成电路制造工艺与制造流程介绍

二、CMOS电路特性

三、系统中各种延迟特性分析

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一、集成电路制造工艺与制造流程介绍

本节内容安排

1.集成电路制造工艺介绍

2.CMOS工艺简介

3.以硅工艺为基础的集成电路生产制造流程

4.集成电路制造工艺的新技术与新发展

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一、集成电路制造工艺与制造流程介绍

半导体材料工艺的发展是集成电路制造工艺发展的基础。

半导体材料工艺的发展是集成电路制造工艺发展的基础。

1.集成电路制造工艺介绍

1.1硅（Si）工艺生产技术（简称硅技术）

a.硅技术在超大规模集成电路的生产中占据主要地位。

硅是自然界中蕴藏最丰富的元素之一，约占地壳的25%，仅次于氧；

硅是目前人类研究最深入、了解最清楚的物质；

硅是现在人类提取的最纯材料，也是人类制造的最大单晶。

硅单晶——是最重要的集成电路衬底材料，是制作复杂微电子器件的基础。

b.在可预见的未来，迅速发展的硅技术将仍处主导地位。

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一、集成电路制造工艺与制造流程介绍

1.1硅工艺生产技术（续1）

c.以硅材料为基础的集成电路制造工艺划分

silicon

silicon

BipoliarBicMOS

CMTTILI2

LSTTLALS/AASSSTTlFAsrSTILIS]L

CMC)S/SOSHSCMIOSMetal-Gate-CMC)S

NM)SPMOMN)S

CMC)S

在硅工艺下一般可分出两支：双极（Bipolar）工艺、MOS（金属-氧化物-半导体）场效应工艺。

近年来为了适应高速大驱动和高密度低功耗ASIC与SoC设计的

需要，在双极工艺与MOS工艺之间又衍生出BiCMOS工艺。

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一、集成电路制造工艺与制造流程介绍

1.1硅工艺生产技术（续2）

d.Bipolar工艺——最早的集成电路生产工艺

以有源晶体管为基础，以平面晶体管为基本单元。工艺电路的特点：

-高速、高增益、低噪声、负载能力强和功耗大，

-适合中、小规模集成电路和模拟集成电路（如运放、ADC和DAC等）；

双极工艺在完善与发展中有最明显的两方面变化：

-采用复合管的集成注入逻辑和集成肖特基逻辑结构改善了双极集成产品的密度性能比，进而提高了集成度；

-在新型的BiCMOS工艺集成电路中，Bipolar工艺常依据其负载能力强的特性，用作电路或芯片的I/O部分电路。

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一、集成电路制造工艺与制造流程介绍

1.1硅工艺生产技术（续3）

e.MOS工艺

以有源场效应管（FET）为基础，以MOS开关电路和MOS

放大电路为基本单元；工艺电路的特点：

-结构简单、功耗低、电流电压适应范围大；

-面积是对应Bipolar的1/5；

-速度不快、负载能力不强和抗静电能力差等。

MOS工艺自身需进一步发展和完善的地方：

-在深亚微米工艺情况下的速度限制问题；

-在单片集成密度达到1000万门后，功耗及封装限制问题；

-提高抗静电能力等。

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一、集成电路制造工艺与制造流程介绍

1.1硅工艺生产技术（续4）

f.CMOS工艺——当今集成电路生产的主导工艺

互补型

互补型CMOS工艺的出现，使集成电路工艺发展进入一个新时代。

1962年，美国RAC公司研制出MOS管。

1963年，F.M.Wanlass和E.C.Sah提出了CMOS技术。1966年，RAC公司研制出CMOS集成电路。

在CMOS电路中，P沟道MOS管作为负载器件，N沟道MOS管作为驱动器件。要求在同一个衬底上必须制造出PMOS管和NMOS管。

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一、集成电路制造工艺与制造流程介绍

1.1硅工艺生产技术（续5）

f.CMOS工艺——当今集成电路生产的主导工艺

互补型

互补型CMOS工艺的出现，使集成电路工艺发展进入一个新时代。

CMOS工艺，具有一般MOS工艺的优点，同时还具有：

-超高速、高密度潜力和高增益；

-低静态功耗、低噪声和低电流驱动；

VDDAZ-宽的电源电压范围、宽的输出电压幅度（无阈值损失），可与TTL

VDD

A

Z

-适合各种规模数字集成电路和模拟集成电路；

-是MOS工艺中最常用的工艺。

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一、集成电路制造工艺与制造流程介绍

1.2砷化镓（GaAs）工艺