微電子概論第三章

1、微電子學院gdongm集成電路制造工藝集成電路的制造過程版圖layout掩膜版MASK硅圓片r片die 封裝后的封裝劃片流水加工制版集成電路設(shè)計集成電路版圖的作用加工：從版圖到片是一種多層平面“印刷”和疊加過程。加工制版集成電路版圖的作用所設(shè)計的版圖集成電路版圖的作用加工后得到的實際版圖平面工藝與NPN晶體管平面工藝的基本原理基本NPN晶體管的工藝流程和版圖技術(shù)集電區(qū)埋層的引入雙極IC中的其他器件雜質(zhì)半導體的特點補償集成電路技術(shù)的1平面工藝的基本原理1. 雜質(zhì)半導體的特點N型半導體：若在本征半導體中摻入五價元素(磷P、砷As、銻Sb等)， 五價原子起施主作用，提供電子。這時電子濃度空穴濃度，即

2、nnpn ，因此電子稱為多數(shù)載流子(多子)，空穴稱為少數(shù)載流子(少子)。因為電子帶負電(Negative)，這種半導體稱為N型半導體。P型半導體：若在本征半導體中摻入三價元素(硼B(yǎng)等)，三價原子起受主作用，提供空穴。這時空穴濃度電子濃度，即ppnp ，因此空穴稱為多數(shù)載流子(多子)，電子稱為少數(shù)載流子(少子)。因為空穴帶正電(itive)，這種半導體稱為P型半導體摻雜：為了控制半導體的導電類型，人為定量地向半導體中摻入一定的施主或受主雜質(zhì)的過程稱為摻雜。雜質(zhì)半導體：摻入雜質(zhì)后的半導體稱為雜質(zhì)半導體。1平面工藝的基本原理2. 補償(1)若半導體中同時存在施主和受主，由它們提供的一部分電子和空穴會

3、相互復合而 ，這種作用稱為 “補償”。這時半導體材料的導電類型取決于數(shù)目占優(yōu)勢的雜質(zhì)。(2)若施主雜質(zhì)總數(shù)大于受主雜質(zhì)總數(shù)，則半導體材料成為N型。(3)若受主雜質(zhì)總數(shù)大于施主雜質(zhì)總數(shù)，則半導體材料成為P型。1平面工藝的基本原理3. 集成電路技術(shù)的由于半導體器件和集成電路是由不同的N型和P型區(qū)域組合的，因此,以摻雜為，通過補償作用形成不同類型半導體區(qū)域，是制造半導體器件的基礎(chǔ)。而選擇性摻雜則是集成電路制。下面是一個NPN晶體管剖面結(jié)構(gòu)示意圖。造技術(shù)的1平面工藝的基本原理實現(xiàn)選擇性摻雜的三道基本工序晶體管管芯的工藝流程晶體管版圖2 基本NPN晶體管工藝流程和版圖2 基本NPN晶體管工藝流程和版圖實

4、現(xiàn)選擇性摻雜的三道基本工序氧化Si+O2=SiO21. 實現(xiàn)選擇性摻雜的三道基本工序(2) 光刻：與常規(guī)的洗像原理相同。2 基本NPN晶體管工藝流程和版圖2 基本NPN晶體管工藝流程和版圖1. 實現(xiàn)選擇性摻雜的三道基本工序(3) 擴散摻雜：擴散是一種常見的自然現(xiàn)象。在IC生產(chǎn)中，擴散的同時進行氧化。晶體管管芯的工藝流程基區(qū)氧化：原始材料為N型硅片，將作為最終NPN晶體管的集電區(qū)。2 基本NPN晶體管工藝流程和版圖2 基本NPN晶體管工藝流程和版圖2. 晶體管管芯的工藝流程(2) 基區(qū)光刻2. 晶體管管芯的工藝流程(3) 基區(qū)摻雜：采用擴散技術(shù)，摻入P型雜質(zhì)，通過補償，使襯底的一部分區(qū)域變?yōu)镻型

5、區(qū)，成為晶體管的基區(qū)。同時表面又生成一層SiO22 基本NPN晶體管工藝流程和版圖2 基本NPN晶體管工藝流程和版圖2. 晶體管管芯的工藝流程(4) 發(fā)射區(qū)光刻：在基區(qū)范圍內(nèi)的SiO2層上光刻出一個小窗口，確定發(fā)射區(qū)的范圍。2 基本NPN晶體管工藝流程和版圖2. 晶體管管芯的工藝流程(5) 發(fā)射區(qū)摻雜：采用擴散摻雜技術(shù)，摻入N型雜 質(zhì)，通過補償，使一部分P型基區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)镹型，成為晶體管的發(fā)射區(qū)。同時表面上又生成一層SiO22 基本NPN晶體管工藝流程和版圖2. 晶體管管芯的工藝流程(6) 引線孔光刻：在基區(qū)和發(fā)射區(qū)范圍內(nèi)分別刻出窗口，用于電極。2 基本NPN晶體管工藝流程和版圖2. 晶體管管芯的

6、工藝流程(7) 淀積金屬：將用于形成電極。2 基本NPN晶體管工藝流程和版圖2. 晶體管管芯的工藝流程(8) “反刻”：采用光刻技術(shù)，將用作為E電極和B電極的金屬保留，刻蝕掉其余部分。硅片背面通過金屬化形成C極。晶體管管芯。2 基本NPN晶體管工藝流程和版圖2. 晶體管管芯的工藝流程2 基本NPN晶體管工藝流程和版圖3. 晶體管版圖：基本結(jié)構(gòu)晶體管版圖包括4層基區(qū)(Base)發(fā)射區(qū)(Emitter)引線孔(Contact)電極(Metallization)(1)問題：采用常規(guī)NPN工藝，硅片襯底即為集電區(qū)，同一硅片上制作的多個NPN晶體管，集電區(qū)連在一 起，顯然不會與電路中元器件連接關(guān)系相一致

7、。解決方法：采用技術(shù)，將不同元器件相互隔 開。實際生產(chǎn)中采用多種方法。最簡單的是PN結(jié)技術(shù)，將不同的元器件之間用背靠背的PN結(jié)隔開，并且將其中的P區(qū)接至電路中的最低電位。工藝過程如下：3技術(shù)襯底硅片(P型)外延生長N型硅氧化光刻擴散PN結(jié)工藝流程PN結(jié)對通集電極擴散介質(zhì)PN結(jié)混合標準SiO2多晶硅介質(zhì)正溝槽介質(zhì)介質(zhì)NPN晶體管集電區(qū)埋層的引入：IC中集電極互連線必需從上表面引出，為了減小集電極串聯(lián)電阻，增加埋層并不增加工藝類型。4 集電區(qū)埋層的引入PN結(jié)雙極IC工藝基本流程PN結(jié)雙極IC工藝基本流程PN結(jié)雙極IC工藝基本流程結(jié)論： PN結(jié)雙極IC基本工藝包括6次光刻，因此版圖中包括6個層次。襯底材料(P型硅)埋層氧化埋層光刻埋層摻雜(Sb)-外延 (N型硅)-氧化光刻摻雜(B)基區(qū)氧化基區(qū)光刻基區(qū)摻雜(B)和發(fā)射區(qū)氧化發(fā)射區(qū)光刻發(fā)射區(qū)摻雜(P)和氧化 引線孔光刻淀積金屬化層反刻金屬互連線合金化后工序5 雙極IC中的其他元器件元器件之間的互連：在NPN晶體管工藝中通過淀積金屬和反刻工藝形成晶體管電極引出區(qū)時，可以同時實現(xiàn)IC的互連不增加工藝。集成電路中的其他元器件：可以在形成NPN晶體管的同時，生成IC中的其他元器件，例如電阻、電容、PNP晶體管等。結(jié)論：對采用PN結(jié)的雙極IC基本工藝，與制作NPN晶體管的