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1、《集成電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》上次課內(nèi)容第3章集成電路工藝簡(jiǎn)介3.1引言3.2外延生長(zhǎng)工藝3.3掩模的制版工藝3.4光刻工藝3.5摻雜工藝3.6絕緣層形成工藝3.7金屬層形成工藝7/17/20212《集成電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》本次課內(nèi)容第4章集成電路特定工藝4.1引言4.2雙極型集成電路的基本制造工藝4.3MESFET工藝與HEMT工藝4.4CMOS集成電路的基本制造工藝4.5BiCMOS集成電路的基本制造工藝7/17/20213《集成電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》所謂特定工藝，常常是指以一種材料為襯底、一種或幾種類型的晶體管為主要的有源器件；輔以一定類型的
2、無源器件；以特定的簡(jiǎn)單電路為基本單元；形成應(yīng)用于一個(gè)或多個(gè)領(lǐng)域中各種電路和系統(tǒng)的工藝。4.1引言7/17/20214《集成電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》特定工藝這些特定工藝包括：硅基的雙極型工藝、CMOS、BiCMOS、鍺硅HBT工藝和BiCMOS工藝，SOI材料的CMOS工藝，GaAs基/InP基的MESFET工藝、HEMT工藝和HBT工藝等。目前應(yīng)用最廣泛的特定工藝是CMOS工藝。在CMOS工藝中，又可細(xì)分為DRAM工藝、邏輯工藝、模擬數(shù)字混合集成工藝，RFIC工藝等。7/17/20215《集成電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》4.2雙極型集成電路的基本制
3、造工藝在雙極型集成電路的基本制造工藝中，要不斷地進(jìn)行光刻、擴(kuò)散、氧化的工作。典型的PN結(jié)隔離的摻金TTL電路工藝流程圖如下圖所示。7/17/20216《集成電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》典型PN結(jié)隔離摻金TTL電路工藝流程圖7/17/20217《集成電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》雙極型集成電路基本制造工藝步驟（1）襯底選擇對(duì)于典型的PN結(jié)隔離雙極集成電路，襯底一般選用P型硅。芯片剖面如圖。7/17/20218《集成電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》雙極型集成電路基本制造工藝步驟（2）第一次光刻——N+隱埋層擴(kuò)散孔光刻一般來講，由于雙極型集成電路中各元器件均從上表面實(shí)現(xiàn)互連，所
4、以為了減少寄生的集電極串聯(lián)電阻效應(yīng)，在制作元器件的外延層和襯底之間需要作N+隱埋層。7/17/20219《集成電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》第一次光刻——N+隱埋層擴(kuò)散孔光刻從上表面引出第一次光刻的掩模版圖形及隱埋層擴(kuò)散后的芯片剖面見圖。7/17/202110《集成電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》雙極型集成電路基本制造工藝步驟（3）外延層淀積外延層淀積時(shí)應(yīng)該考慮的設(shè)計(jì)參數(shù)主要有：外延層電阻率ρepi和外延層厚度Tepi。外延層淀積后的芯片剖面如圖。7/17/202111《集成電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》雙極型集成電路基本制造工藝步驟（4）第二次光刻——P+隔離擴(kuò)散孔光刻隔
5、離擴(kuò)散的目的是在硅襯底上形成許多孤立的外延層島，以實(shí)現(xiàn)各元件間的電隔離。目前最常用的隔離方法是反偏PN結(jié)隔離。一般P型襯底接最負(fù)電位，以使隔離結(jié)處于反偏，達(dá)到各島間電隔離的目的。7/17/202112《集成電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》第二次光刻——P+隔離擴(kuò)散孔光刻隔離擴(kuò)散孔的掩模版圖形及隔離擴(kuò)散后的芯片剖面圖如圖所示。7/17/202113《集成電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》雙極型集成電路的基本制造工藝步驟（5）第三次光刻——P型基區(qū)擴(kuò)散孔光刻基區(qū)擴(kuò)散孔的掩模版圖形及基區(qū)擴(kuò)散后的芯片剖面圖如圖所示。7/17/202114《集成電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》雙極型集成電
6、路的基本制造工藝步驟（6）第四次光刻——N+發(fā)射區(qū)擴(kuò)散孔光刻此次光刻還包括集電極、N型電阻的接觸孔和外延層的反偏孔。7/17/202115《集成電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》第四次光刻——N+發(fā)射區(qū)擴(kuò)散孔光刻N(yùn)+發(fā)射區(qū)擴(kuò)散孔的掩模圖形及N+發(fā)射區(qū)擴(kuò)散后的芯片剖面圖如圖所示。7/17/202116《集成電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》雙極型集成電路的基本制造工藝步驟（7）第五次光刻——引線接觸孔光刻此次光刻的掩模版圖形如圖所示。7/17/202117《集成電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》雙極型集成電路的基本制造工藝步驟（8）第六次光刻——金屬化內(nèi)連線光刻反刻鋁形成金屬化內(nèi)連線后
7、的芯片復(fù)合圖及剖面圖如圖。7/17/202118《集成電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》4.3MESFET工藝與HEMT工藝MESFET是第一代GaAs晶體管類型和工藝標(biāo)識(shí)，是GaAs單片集成電路技術(shù)的基礎(chǔ)，現(xiàn)在是GaAsVLSI的主導(dǎo)工藝。HEMT工藝是最先進(jìn)的GaAs集成電路工藝。MESFET和HEMT兩者的工作原理和工藝制造基礎(chǔ)基本相同。7/17/202119《集成電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》MESFET工藝下圖將示出GaAsMESFET的基本結(jié)構(gòu)。在半絕緣(Semi-isolating，s.i.)GaAs襯底上的N型GaAs薄層為有源層。這一層可以采
8、用液相外延(LPE)、汽相外延(VPE)或分子束外延(MBE)三種外延方法沉積形成，也可以通過離子注入形成。7/17/202120《集成電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》MESFET工藝7/17/202121《集成電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》MESFET工藝（1）有源層上面兩側(cè)的金屬層通常是金鍺合金,通過沉積形成,與有源層
