集成電路制造工藝流程

1、2024/4/2 韓 良,1,第一章 集成電路制造工藝流程,集成電路（Integrated Circuit） 制造工藝是集成電路實(shí)現(xiàn)的手段，也是集成電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。,2024/4/2 韓 良,2,1.無生產(chǎn)線集成電路設(shè)計(jì)技術(shù),隨著集成電路發(fā)展的過程，其發(fā)展的總趨勢是革新工藝、提高集成度和速度。設(shè)計(jì)工作由有生產(chǎn)線集成電路設(shè)計(jì)到無生產(chǎn)線集成電路設(shè)計(jì)的發(fā)展過程。

2、無生產(chǎn)線（Fabless）集成電路設(shè)計(jì)公司。如美國有200多家、臺灣有100多家這樣的設(shè)計(jì)公司。,引言,2024/4/2 韓 良,3,2. 代客戶加工（代工）方式,芯片設(shè)計(jì)單位和工藝制造單位的分離，即芯片設(shè)計(jì)單位可以不擁有生產(chǎn)線而存在和發(fā)展，而芯片制造單位致力于工藝實(shí)現(xiàn)，即代客戶加工（簡稱代工）方式。代工方式已成為集成電路技術(shù)發(fā)展的一個重要特征。,引言,2024/4/2

3、 韓 良,4,3. PDK文件,首先，代工單位將經(jīng)過前期開發(fā)確定的一套工藝設(shè)計(jì)文件PDK（Pocess Design Kits)通過因特網(wǎng)傳送給設(shè)計(jì)單位。PDK文件包括：工藝電路模擬用的器件的SPICE（Simulation Program with IC Emphasis）參數(shù)，版圖設(shè)計(jì)用的層次定義，設(shè)計(jì)規(guī)則，晶體管、電阻、電容等元件和通孔（VIA）、焊盤等基本結(jié)構(gòu)的版圖，與設(shè)計(jì)工具關(guān)聯(lián)的設(shè)計(jì)規(guī)則檢查（DRC）、參數(shù)提取

4、（EXT）和版圖電路對照（LVS）用的文件。,引言,2024/4/2 韓 良,5,4. 電路設(shè)計(jì)和電路仿真,設(shè)計(jì)單位根據(jù)研究項(xiàng)目提出的技術(shù)指標(biāo)，在自己掌握的電路與系統(tǒng)知識的基礎(chǔ)上，利用PDK提供的工藝數(shù)據(jù)和CAD/EDA工具，進(jìn)行電路設(shè)計(jì)、電路仿真（或稱模擬）和優(yōu)化、版圖設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)規(guī)則檢查DRC、參數(shù)提取和版圖電路圖對照LVS，最終生成通常稱之為GDS-Ⅱ格式的版圖文件。再通過因特網(wǎng)傳送到代工單位。

5、,引言,2024/4/2 韓 良,6,5. 掩模與流片,代工單位根據(jù)設(shè)計(jì)單位提供的GDS-Ⅱ格式的版圖數(shù)據(jù)，首先制作掩模（Mask），將版圖數(shù)據(jù)定義的圖形固化到鉻板等材料的一套掩模上。一張掩模一方面對應(yīng)于版圖設(shè)計(jì)中的一層的圖形，另一方面對應(yīng)于芯片制作中的一道或多道工藝。在一張張掩模的參與下，工藝工程師完成芯片的流水式加工，將版圖數(shù)據(jù)定義的圖形最終有序的固化到芯片上。這一過程通常簡稱為“流片”。,

6、引言,2024/4/2 韓 良,7,代工（Foundry）廠家很多，如：無錫上華（0.6/0.5 ?mCOS和4 ?mBiCMOS工藝)上海先進(jìn)半導(dǎo)體公司(1 ?mCOS工藝)首鋼NEC(1.2/0.18 ?mCOS工藝)上海華虹NEC(0.35 ?mCOS工藝)上海中芯國際(8英寸晶圓0.25/0.18 ?mCOS工藝),引言,6. 代工工藝,2024/4/2

7、 韓 良,8,代工（Foundry）廠家很多，如：宏力 8英寸晶圓0.25/0.18 ?mCMOS工藝華虹 NEC 8英寸晶圓0.25?mCMOS工藝臺積電(TSMC) 在松江籌建 8英寸晶圓0.18 ?mCMOS工藝聯(lián)華(UMC) 在蘇州籌建 8英寸晶圓0.18 ?mCMOS工藝等等。,引言,6. 代工工藝,2024/4/2 韓 良,9,7.境外代工廠家一覽表,202

8、4/4/2 韓 良,10,F&F(Fabless and Foundry)模式工業(yè)發(fā)達(dá)國家通過組織無生產(chǎn)線IC設(shè)計(jì)的芯片計(jì)劃來促進(jìn)集成電路設(shè)計(jì)的專業(yè)發(fā)展、人才培養(yǎng)、技術(shù)研究和中小企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)，而取得成效。這種芯片工程通常由大學(xué)或研究所作為龍頭單位負(fù)責(zé)人員培訓(xùn)、技術(shù)指導(dǎo)、版圖匯總、組織芯片的工藝實(shí)現(xiàn)，性能測試和封裝。大學(xué)教師、研究生、研究機(jī)構(gòu)、中小企業(yè)作為工程受益群體，自愿參加，并付一定費(fèi)

9、用。,引言,8. 芯片工程與多項(xiàng)目晶圓計(jì)劃,2024/4/2 韓 良,11,8. 芯片工程與多項(xiàng)目晶圓計(jì)劃,Relation of F&F(無生產(chǎn)線與代工的關(guān)系),2024/4/2 韓 良,12,多項(xiàng)目晶圓MPW（multi-project wafer)技術(shù)服務(wù)是一種國際科研和大學(xué)計(jì)劃的流行方式。MPW技術(shù)把幾到幾十種工藝上兼容的芯片拼裝到一個宏芯片（

10、Macro-Chip）上然后以步進(jìn)的方式排列到一到多個晶圓上，制版和硅片加工費(fèi)用由幾十種芯片分擔(dān)，極大地降低芯片研制成本，在一個晶圓上可以通過變換版圖數(shù)據(jù)交替布置多種宏芯片。,引言,8. 芯片工程與多項(xiàng)目晶圓計(jì)劃,2024/4/2 韓 良,13,代工單位與其他單位關(guān)系圖,2024/4/2 韓 良,14,集成電路制造工藝分類,1. 雙極型工藝（bipolar）2

11、. MOS工藝3. BiMOS工藝,2024/4/2 韓 良,15,§1-1 雙極集成電路典型的PN結(jié)隔離工藝,2024/4/2 韓 良,16,思考題,1.需要幾塊光刻掩膜版(mask)?2.每塊掩膜版的作用是什么？3.器件之間是如何隔離的？4.器件的電極是如何引出的？5.埋層的作用？,2024/4/2

12、韓 良,17,雙極集成電路的基本制造工藝，可以粗略的分為兩類：一類為在元器件間要做隔離區(qū)。隔離的方法有多種，如PN結(jié)隔離，全介質(zhì)隔離及PN結(jié)-介質(zhì)混合隔離等。另一類為器件間的自然隔離。,典型PN結(jié)隔離工藝是實(shí)現(xiàn)集成電路制造的最原始工藝，迄今為止產(chǎn)生的各種雙極型集成電路制造工藝都是在此工藝基礎(chǔ)上改進(jìn)而來的。,2024/4/2 韓 良,1.1.1典型PN結(jié)隔離工藝流程,2024/4/2

13、 韓 良,19,1.1.1 工藝流程,,襯底準(zhǔn)備（P型）,?光刻n+埋層區(qū),?氧化,,?n+埋層區(qū)注入,?清潔表面,2024/4/2 韓 良,20,1.1.1 工藝流程（續(xù)1）,?生長n-外延,?隔離氧化,?光刻p+隔離區(qū),?p+隔離注入,?p+隔離推進(jìn),,,2024/4/2 韓 良,21,1.1.1 工藝流程（續(xù)2）,?光刻硼擴(kuò)散區(qū),?硼

14、擴(kuò)散,?氧化,2024/4/2 韓 良,22,1.1.1 工藝流程（續(xù)3）,?光刻磷擴(kuò)散區(qū),?磷擴(kuò)散,?氧化,,2024/4/2 韓 良,23,1.1.1 工藝流程（續(xù)4）,?光刻引線孔,?清潔表面,2024/4/2 韓 良,24,1.1.1 工藝流程（續(xù)5）,?蒸鍍金屬,?反刻金屬,,2024/4/2

15、 韓 良,25,1.1.1 工藝流程（續(xù)6）,?鈍化,?光刻鈍化窗口,?后工序,2024/4/2 韓 良,26,1.1.2 光刻掩膜版匯總,埋層區(qū),?隔離墻,?硼擴(kuò)區(qū),?磷擴(kuò)區(qū),?引線孔,?金屬連線,?鈍化窗口,,2024/4/2 韓 良,27,1.1.3 外延層電極的引出,歐姆接觸電極：金屬與參雜濃度較低的外延層相接觸易形成整流接觸（金半接觸勢

16、壘二極管）。因此，外延層電極引出處應(yīng)增加濃擴(kuò)散。,2024/4/2 韓 良,28,1.1.4 埋層的作用,1.減小串聯(lián)電阻（集成電路中的各個電極均從上表面引出，外延層電阻率較大且路徑較長。,2.減小寄生pnp晶體管的影響（第二章介紹）,2024/4/2 韓 良,29,1.1.5 隔離的實(shí)現(xiàn),1.P+隔離擴(kuò)散要擴(kuò)穿外延層，與p型襯底連通。因此，將n型外延層分割成若

17、干個“島” 。2. P+隔離接電路最低電位，使“島” 與“島” 之間形成兩個背靠背的反偏二極管。,2024/4/2 韓 良,30,1.1.6 練習(xí),1 描述PN結(jié)隔離雙極工藝的流程及光刻掩膜版的作用； 2 說明埋層的作用。,2024/4/2 韓 良,31,§1.2 N阱硅柵CMOS集成電路制造工藝,2024/4/2

18、 韓 良,32,思考題,1.需要幾塊光刻掩膜版？各自的作用是什么？2.什么是局部氧化（LOCOS ) ？ （Local Oxidation of Silicon) 3.什么是硅柵自對準(zhǔn)(Self Aligned )？4. N阱的作用是什么？5. NMOS和PMOS的源漏如何形成的？,2024/4/2 韓 良,33,2024/4/2

19、 韓 良,34,2024/4/2 韓 良,1.2.1 N阱硅柵CMOS工藝主要流程 （ 參考P阱硅柵CMOS工藝流程）,2024/4/2 韓 良,36,1.2.2 N阱硅柵CMOS工藝主要流程1.襯底準(zhǔn)備,P型單晶片,2024/4/2 韓 良,37,,,,1.2.2 N阱硅柵CMOS工藝主要流程2.

20、 氧化、光刻N(yùn)-阱(nwell),2024/4/2 韓 良,38,1.2.2 N阱硅柵CMOS工藝主要流程3. N-阱注入，N-阱推進(jìn),退火，清潔表面,2024/4/2 韓 良,39,,,,1.2.2 N阱硅柵CMOS工藝主要流程4.長薄氧、長氮化硅、光刻場區(qū)(active反版),2024/4/2 韓 良,40,1.2

21、.2 N阱硅柵CMOS工藝主要流程5.場區(qū)氧化（LOCOS）, 清潔表面 (場區(qū)氧化前可做N管場區(qū)注入和P管場區(qū)注入）,2024/4/2 韓 良,41,,1.2.2 N阱硅柵CMOS工藝主要流程6. 柵氧化,淀積多晶硅，反刻多晶 （polysilicon—poly),2024/4/2 韓 良,42,1.2.2 N阱硅柵CMOS工藝主要流程7. P+ a

22、ctive注入（Pplus）（ 硅柵自對準(zhǔn)）,2024/4/2 韓 良,43,1.2.2 N阱硅柵CMOS工藝主要流程8. N+ active注入（Nplus —Pplus反版） （ 硅柵自對準(zhǔn)）,2024/4/2 韓 良,44,,1.2.2 N阱硅柵CMOS工藝主要流程9. 淀積BPSG，光刻接觸孔(contact)，回流,2024/

23、4/2 韓 良,45,,1.2.2 N阱硅柵CMOS工藝主要流程10. 蒸鍍金屬1，反刻金屬1（metal1),2024/4/2 韓 良,46,,,1.2.2 N阱硅柵CMOS工藝主要流程11. 絕緣介質(zhì)淀積，平整化，光刻通孔(via),2024/4/2 韓 良,47,,,,,,,1.2.2 N阱硅柵CMOS工藝主要

24、流程12. 蒸鍍金屬2，反刻金屬2（metal2),2024/4/2 韓 良,48,1.2.2 N阱硅柵CMOS工藝主要流程13. 鈍化層淀積，平整化，光刻鈍化窗孔(pad),2024/4/2 韓 良,49,,,1.2.3 N阱硅柵CMOS工藝 光刻掩膜版匯總簡圖,N阱,?有源區(qū),?多晶,?Pplus,?Nplus,?接觸孔,?金屬1

25、,?通孔,?金屬2,?PAD,,2024/4/2 韓 良,50,1.2.4 局部氧化的作用,2. 減緩表面臺階,3. 減小表面漏電流,1. 提高場區(qū)閾值電壓,2024/4/2 韓 良,51,1.2.5 硅柵自對準(zhǔn)的作用,在硅柵形成后，利用硅柵的遮蔽作用來形成MOS管的溝道區(qū)，使MOS管的溝道尺寸更精確，寄生電容更小。,2024/4/2

26、 韓 良,52,1.2.6 MOS管襯底電極的引出,NMOS管和PMOS管的襯底電極都從上表面引出，由于P-Sub和N阱的參雜濃度都較低，為了避免整流接觸，電極引出處必須有濃參雜區(qū)。,2024/4/2 韓 良,1.2.7 LDD注入,在P+（N+）有源區(qū)注入前可以進(jìn)行LDD注入，以便減小短溝道效應(yīng)和熱載流子效應(yīng)。,用Pplus版光刻后進(jìn)行PMOS管LDD注入， 用Nplus版光

27、刻后進(jìn)行NMOS管LDD注入， 都是以光刻膠膜作為注入遮蔽膜。 LDD注入之后，先制作側(cè)墻，然后再進(jìn)行P+（N+）有源區(qū)光刻、注入。,2024/4/2 韓 良,1.2.8 接觸孔摻雜,為了改善有源區(qū)接觸孔特性，在光刻接觸孔之后、回流之前， 用Nplus 版光刻，對接觸孔進(jìn)行N+注入 用Pplus 版光刻，對接觸孔進(jìn)行P+注入,2024/4/2

28、 韓 良,1.2.9 其它MOS工藝簡介,雙層多晶：易做多晶電容、多晶電阻、疊柵MOS器件，適合CMOS數(shù)/模混合電路、EEPROM等,多層金屬：便于布線，連線短，連線占面積小，適合大規(guī)模、高速CMOS電路,P阱CMOS工藝雙阱CMOS工藝E/D NMOS工藝,2024/4/2 韓 良,56,1.2.10 練習(xí),1.闡述N阱硅柵CMOS集成電路制造工藝的主要流程，說明流程中需

29、要哪些光刻掩膜版及其作用。2. 何為硅柵自對準(zhǔn)？,2024/4/2 韓 良,57,§1.3其它集成電路制造工藝簡介,2024/4/2 韓 良,58,1.3.1 雙層多晶、多層金屬CMOS工藝,雙層多晶：易做多晶電容、多晶電阻、疊柵MOS器件，適合CMOS數(shù)/模混合電路、EEPROM等,多層金屬：便于布線，連線短，連線占面積小，適合大規(guī)模、高速CMO

30、S電路,2024/4/2 韓 良,59,1.3.2 雙極型模擬集成電路工藝,磷穿透擴(kuò)散：減小串聯(lián)電阻離子注入：精確控制參雜濃度和結(jié)深,2024/4/2 韓 良,60,1.3.3 Bi CMOS工藝,雙極工藝器件的特點(diǎn)是速度高、驅(qū)動能力強(qiáng)，但功耗大、集成度低；而CMOS工藝制造的器件功耗小、集成度高，但速度低、驅(qū)動能力差。 在既要求高集成度又要求

31、高速的領(lǐng)域中可以采用二者的結(jié)合（即Bi CMOS工藝），發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)。,2024/4/2 韓 良,61,雙極型工藝與MOS工藝相結(jié)合，雙極型器件與MOS型器件共存，適合數(shù)/模電路。1.以雙極型工藝為基礎(chǔ)的Bi-MOS工藝2.以CMOS工藝為基礎(chǔ)的Bi-MOS工藝,2024/4/2 韓 良,62,NPN的集電極接襯底,注：文本框可根據(jù)需求改變顏色、移動位置；

32、文字可編輯,POWERPOINT模板適用于簡約清新及相關(guān)類別演示,,1,,2,,3,,4,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,目錄,點(diǎn)擊添加標(biāo)題,點(diǎn)擊添加標(biāo)題,點(diǎn)擊添加標(biāo)題,點(diǎn)擊添加標(biāo)題,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,添加文本,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,,,,,,,,,,點(diǎn)擊添加

33、文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,,,,,,,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,

34、添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,,,,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,,,,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,,,,,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,添加文本,點(diǎn)

35、擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,,,,,,,,,,會議基調(diào),年會視頻：http:/www.nianhuishipin.cn/,會議主題,1、攜手超越，馭領(lǐng)未來,2、你在我心里面 ---用心創(chuàng)造新未來,會議主體環(huán)節(jié),—年度總結(jié)：由公司各職能部門、高層做09年總結(jié)報告，傳遞10年度公司戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃以及嘉許09年度優(yōu)秀員工—感謝晚宴：讓員工在享受晚宴的同時，感受公司對他們一年來付出的感謝