集成电路制造工艺流程课件-参考.ppt
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1、集成电路设计原理集成电路设计原理国际微电子中心第一章第一章 集成电路制造工艺流程集成电路制造工艺流程集成电路(集成电路(Integrated Circuit)制造工艺是集成电路实现的手段,制造工艺是集成电路实现的手段,也是集成电路设计的基础。也是集成电路设计的基础。2013-4-18韩良1集成电路设计原理集成电路设计原理国际微电子中心引言引言1.无生产线集成电路设计技术?随着集成电路发展的过程,其发展的总趋势是革新工艺、提高集成度和速度革新工艺、提高集成度和速度。?设计工作由有生产线集成电路设计有生产线集成电路设计到无生无生产线集成电路设计产线集成电路设计的发展过程。?无生产线无生产线(Fab
2、less)集成电路设计公司。如美国有200多家、台湾有100多家这样的设计公司。2013-4-18韩良2集成电路设计原理集成电路设计原理国际微电子中心引言引言2.代客户加工(代工)方式?芯片设计单位和工艺制造单位的分离芯片设计单位和工艺制造单位的分离,即芯片设计单位可以不拥有生产线而存在和发展,而芯片制造单位致力于工艺实现,即代客户加工(简称代工)方式代客户加工(简称代工)方式。?代工方式已成为集成电路技术发展的一个重要特征重要特征。2013-4-18韩良3集成电路设计原理集成电路设计原理国际微电子中心引言引言3.PDK文件?首先,代工单位代工单位将经过前期开发确定的一套 工艺工艺?设计文件设
3、计文件PDK(Pocess Design Kits)通过因特网传送给设计单位。PDK文件包括:工艺电路模拟用的 器件的器件的SPICESPICE(Simulation Program with IC Emphasis)参参数数,版图设计用的层次定义层次定义,设计规则设计规则,晶体管晶体管、电阻、电容等元件和通孔(、电阻、电容等元件和通孔(VIAVIA)、焊盘等基)、焊盘等基本结构的版图本结构的版图,与设计工具关联的 设计规则检查设计规则检查(DRCDRC)、参数提取()、参数提取(EXTEXT)和版图电路对照()和版图电路对照(LVSLVS)用的文件。)用的文件。韩良42013-4-18集成电
4、路设计原理集成电路设计原理国际微电子中心引言引言4.电路设计和电路仿真?设计单位设计单位根据研究项目研究项目提出的技术指标技术指标,在自己掌握的电路与系统知识电路与系统知识的基础上,利用PDK提供的工艺数据工艺数据和CAD/EDACAD/EDA工具工具,进行电路设计、电电路设计、电路仿真(或称模拟)和优化、版图设计、设计规路仿真(或称模拟)和优化、版图设计、设计规则检查则检查DRCDRC、参数提取和版图电路图对照、参数提取和版图电路图对照 LVSLVS,最终生成通常称之为GDS-GDS-格式的版图文件。再通过因特网传送到代工单位。2013-4-18韩良5集成电路设计原理集成电路设计原理国际微电
5、子中心引言引言5.掩模与流片?代工单位代工单位根据设计单位提供的 GDS-GDS-格式的版图版图数据数据,首先制作掩模(制作掩模(MaskMask),将版图数据定义的图形固化到铬板等材料的一套掩模上。?一张掩模一方面对应于版图设计中的一层的图形,另一方面对应于芯片制作中的一道或多道工艺。?在一张张掩模的参与下,工艺工程师完成 芯片的芯片的流水式加工流水式加工,将版图数据定义的图形最终有序的将版图数据定义的图形最终有序的固化到芯片上固化到芯片上。这一过程通常简称为“流片流片”。2013-4-18韩良6集成电路设计原理集成电路设计原理国际微电子中心引言引言6.代工工艺代工(代工(FoundryFo
6、undry)厂家)厂家很多,如:?无锡上华(0.6/0.5?mCOS和4?mBiCMOS工艺)上海先进半导体公司(1?mCOS工艺)首钢NEC(1.2/0.18?mCOS工艺)上海华虹NEC(0.35?mCOS工艺)上海中芯国际(8英寸晶圆0.25/0.18?mCOS工艺)韩良72013-4-18集成电路设计原理集成电路设计原理国际微电子中心引言引言6.代工工艺代工(代工(FoundryFoundry)厂家)厂家很多,如:?宏力8英寸晶圆0.25/0.18?mCMOS工艺华虹NEC 8英寸晶圆0.25?mCMOS工艺台积电(TSMC)在松江筹建8英寸晶圆0.18?mCMOS工艺联华(UMC)在
7、苏州筹建8英寸晶圆0.18?mCMOS工艺等等。2013-4-18韩良8集成电路设计原理集成电路设计原理国际微电子中心7.境外代工厂家一览表2013-4-18韩良9集成电路设计原理集成电路设计原理国际微电子中心引言引言8.芯片工程与多项目晶圆计划?F&F(Fabless and Foundry)模式工业发达国家通过组织 无生产线IC设计的芯片计划来促进集成电路设计的专业发展、人才培养、技术研究和中小企业产品开发,而取得成效。这种芯片工程芯片工程通常由大学或研究所作为龙头单位负责人员培训、技术指导、版图汇总、组织芯片的工艺实现,性能测试和封装。大学教师、研究生、研究机构、中小企业作为工程受益群体
8、,自愿参加,并付一定费用。韩良102013-4-18集成电路设计原理集成电路设计原理国际微电子中心Relation of F&F(无生产线与代工的关系无生产线与代工的关系)8.芯片工程与多项目晶圆计划2013-4-18韩良11集成电路设计原理集成电路设计原理国际微电子中心引言引言8.芯片工程与多项目晶圆计划?多项目晶圆多项目晶圆MPWMPW(multi-project wafer)技术服务是一种国际科研和大学计划的流行方式。MPW技术把几到几十种工艺上兼容的芯片拼装到一个宏芯片(宏芯片(Macro-ChipMacro-Chip)上然后以步进的方式排列到一到多个晶圆上,制版和硅片加工费用由几十种
9、芯片分担,极大地降低芯片研制成本,在一个晶圆上可以通过变换版图数据交替布置多种宏芯片。2013-4-18韩良12集成电路设计原理集成电路设计原理国际微电子中心代工单位与其他单位关系图代工单位与其他单位关系图2013-4-18韩良13集成电路设计原理集成电路设计原理国际微电子中心集成电路制造工艺分类集成电路制造工艺分类1.双极型工艺(双极型工艺(bipolar)2.MOS工艺工艺3.BiMOS工艺工艺2013-4-18韩良14集成电路设计原理集成电路设计原理国际微电子中心1-1双极集成电路典型的双极集成电路典型的PN结隔离工艺结隔离工艺2013-4-18韩良15集成电路设计原理集成电路设计原理国
10、际微电子中心思考题思考题1.需要几块光刻掩膜版需要几块光刻掩膜版(mask)?2.每块掩膜版的作用是什么?每块掩膜版的作用是什么?3.器件之间是如何隔离的?器件之间是如何隔离的?4.器件的电极是如何引出的?器件的电极是如何引出的?5.埋层的作用?埋层的作用?2013-4-18韩良16集成电路设计原理集成电路设计原理国际微电子中心双极集成电路的基本制造工艺,可以粗双极集成电路的基本制造工艺,可以粗略的分为两类:一类为在元器件间要做隔离略的分为两类:一类为在元器件间要做隔离区。隔离的方法有多种,如区。隔离的方法有多种,如PN结隔离结隔离,全介全介质隔离质隔离及及PN结结-介质混合隔离介质混合隔离等
11、。另一类为等。另一类为器件间的自然隔离。器件间的自然隔离。典型典型PN结隔离工艺是实现集成电路制结隔离工艺是实现集成电路制造的最原始工艺,迄今为止产生的各种双极造的最原始工艺,迄今为止产生的各种双极型集成电路制造工艺都是在此工艺基础上改型集成电路制造工艺都是在此工艺基础上改进而来的。进而来的。2013-4-18韩良17集成电路设计原理集成电路设计原理国际微电子中心1.1.1典型典型PN结隔离工艺流程结隔离工艺流程衬底准衬底准备备氧氧化化埋层光埋层光刻刻埋层扩埋层扩散散生长外生长外延延氧氧化化隔离光隔离光刻刻发射区扩发射区扩散、氧化散、氧化发射区发射区光刻光刻基区扩散、再基区扩散、再分布(氧化)
12、分布(氧化)基区光基区光刻刻隔离扩散、隔离扩散、推进推进(氧化氧化)引线孔引线孔光刻光刻淀积淀积金属金属反刻反刻金属金属淀积钝淀积钝化层化层光刻压光刻压焊点焊点合金化及合金化及后工序后工序2013-4-18韩良集成电路设计原理集成电路设计原理国际微电子中心1.1.1 工艺流程工艺流程衬底准备(衬底准备(P型)型)?氧化氧化?光刻光刻n+埋层区埋层区?n+埋层区注入埋层区注入?清洁表面清洁表面P-Sub2013-4-18韩良19集成电路设计原理集成电路设计原理国际微电子中心1.1.1 工艺流程工艺流程(续(续1)?生长生长n-外延外延?隔离氧化隔离氧化?光刻光刻p+隔离区隔离区?p+隔离注入隔离
13、注入?p+隔离推进隔离推进N+N-N+20N-P-Sub2013-4-18韩良集成电路设计原理集成电路设计原理国际微电子中心1.1.1 工艺流程工艺流程(续(续2)?光刻硼扩散区光刻硼扩散区?硼扩散硼扩散?氧化氧化P+P-Sub2013-4-18N+韩良N-P+N+21N-P+集成电路设计原理集成电路设计原理国际微电子中心1.1.1 工艺流程工艺流程(续(续3)?光刻磷扩散区光刻磷扩散区?磷扩散磷扩散?氧化氧化P+P-Sub2013-4-18PN+韩良N-P+PN+22N-P+集成电路设计原理集成电路设计原理国际微电子中心1.1.1 工艺流程工艺流程(续(续4)?光刻引线孔光刻引线孔?清洁表面
14、清洁表面P+P-Sub2013-4-18PN+韩良N-P+PN+23N-P+集成电路设计原理集成电路设计原理国际微电子中心1.1.1 工艺流程工艺流程(续(续5)?蒸镀金属蒸镀金属?反刻金属反刻金属P+P-Sub2013-4-18PN+韩良N-P+PN+24N-P+集成电路设计原理集成电路设计原理国际微电子中心1.1.1 工艺流程工艺流程(续(续6)?钝化钝化?光刻钝化窗口光刻钝化窗口?后工序后工序P+P-Sub2013-4-18PN+韩良N-P+PN+25N-P+集成电路设计原理集成电路设计原理国际微电子中心1.1.2 光刻掩膜版汇总光刻掩膜版汇总埋层区埋层区?隔离墙隔离墙?硼扩区硼扩区?磷
15、扩区磷扩区?引线孔引线孔?金属连线金属连线?钝化窗口钝化窗口GND Vi Vo VDDRT2013-4-18韩良26集成电路设计原理集成电路设计原理国际微电子中心1.1.3 外延层电极的引出外延层电极的引出欧姆接触电极:欧姆接触电极:金属与参杂浓度较低的外延金属与参杂浓度较低的外延层相接触易形成整流接触层相接触易形成整流接触(金半接触势垒二极(金半接触势垒二极管)管)。因此,。因此,外延层电极引出处应增加浓扩散。外延层电极引出处应增加浓扩散。钝化层钝化层EN+BPCN+SiO2E BN+CN+P光刻胶光刻胶SiO2N-epiP+PN-epiP+P-Sub2013-4-18韩良N+埋层埋层27集
16、成电路设计原理集成电路设计原理国际微电子中心1.1.4 埋层的作用埋层的作用1.减小串联电阻减小串联电阻(集成电路中的各个电极均从(集成电路中的各个电极均从上表面引出,外延层电阻率较大且路径较长。上表面引出,外延层电阻率较大且路径较长。2.减小寄生减小寄生pnp晶体管的影响晶体管的影响(第二章介绍)(第二章介绍)钝化层钝化层EN+BN-epiCN+SiO2E BN+CN+P光刻胶光刻胶PP+PSiO2N-epiP+P-Sub2013-4-18韩良N+埋层埋层28集成电路设计原理集成电路设计原理国际微电子中心1.1.5 隔离的实现隔离的实现-N-epiN-epi1.P+隔离扩散要扩穿外延层,与隔
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