1.工艺简介

检 测 工 序
precision thin film, resistivity, CD and step height measurement.
检查晶圆
第四节 CMOS集成电路加工过程简介
一、硅片制备
二、前部工序
Mask 掩膜版
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CHIP
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• CMOS 工艺简介
•
CMOS 集 成 电 路 电 路 中 ， 主 要 元 件 是 ； PMOS,NMOS,R,C,L及金属连线。 • MOS是 Metal Oxide Semiconductor Silicon • MOS管有三种主要材料：金属、二氧化硅及硅构成
0
• 淀积PGS与淀积多晶硅相似，只是用不同的化学反 应过程，这里不一一介绍了。
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化学汽相 沉积CVD
化学汽 相沉积 CVD
淀积铝
AL
离子束
wafer
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钝化工艺
• 在集成电路制作好以后，为了防制外部杂质，如潮气、腐 蚀性气体、灰尘侵入硅片，通常在硅片表面加上一层保护 膜，称为钝化。 • 目前，广泛采用的是氮化硅做保护膜，其加工过程是在 450°C以下的低温中，利用高频放电，使SiN4 和 NH3 气 体分解，从而形成氮化硅而落在硅片上。
要求： 1：本科以上学历 2：2年以上工作经验 3：良好的英语沟通和书写能力 4：良好的人际沟通能力 。
参考文献
模拟： 1、模拟电路版图的艺术 Alan Hastings 著 张为 等 译 电子工业出版社 （实践性好）
2、“集成电路版图基础” Christophet Saint , Judy Saint 著 李伟华，孙伟锋 译 清华大学出版社 数字(感兴趣可看看，不要求) 1、专用集成电路设计实用教程 虞希清 著， 浙江大学 出版社 2、高级ASIC芯片综合 Bhatnagar 著 张文俊 译 ，清 华大学出版社
1947年圣诞前夕，贝尔实验室 肖克利(William Shockley)和他的 两助手布拉顿(Water Brattain 、巴丁（John bardeen)在贝尔实 验室工作时发明了世界上第一个点接触型晶体管 1956年的诺贝尔 物理学奖
锗多晶材料制备的点接触晶体管
Jack Kilby诺贝尔物理学奖（2000年）得主
C 450 3SiH 4 4 NH 3 Si3 N 4 12 H 2
0
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五、光刻工艺
• 光刻工艺是完成在整个硅片上进行开窗的工作。 • 掩膜版和光刻胶： 掩膜版：亮版和暗版 光刻胶：正胶和负胶
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投 影 式 光 刻 机
Here in the Fab Two Photolithography area we see one of our 200mm 0.35 micron I-Line Steppers. this stepper can image and align both 6 & 8 inch wafers.
的标准系列产品。这类产品往往集成度不高，然而社会 需求量大，通用性强。 专用集成电路 根据某种电子设备中特定的技术要求而专门设计的 集成电路简称ASIC（Application Specific Integrated Circuit)，其特点是集成度较高功能较多，功耗较小，封 装形式多样。
描述集成电路工艺技术水平的
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光刻过程: 1．涂光刻胶 2．掩膜对准 3．曝光 4．显影 5．刻蚀：采用干法刻蚀（Dry Etching） 6．去胶：化学方法及干法去胶 (1)丙酮中，然后用无水乙醇 (2)发烟硝酸 (3)等离子体的干法刻蚀技术
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光刻过程:
光源
5×Mask
Lens
Chuck Table Wafer
复习
电子、空穴 PN结、结电容 MOS管、电流电压、阈值电压、晶体管结构….. NPN，PNP晶体管、beta值…
集成电路的分类
–器件结构类型 –集成度 –电路的功能 –应用领域
按器件结构类型分类
• Bipolar： –NPN PNP CMOS ： – 互补MOS
•
NMOS+PMOS
• •
BiCMOS ： Bipolar+ CMOS BCD Bipolar+ CMOS +DMOS
100300 >300
按电路功能分类
数字集成电路(Digital IC)： 是指处理数字信号的集成电路，即采用二进制方式进 行数字计算和逻辑函数运算的一类集成电路。 模拟集成电路(Analog IC)： 是指处理模拟信号(连续变化的信号)的集成电路，
通常又可分为线性集成电路和非线性集成电路 ：
1959年第一块集成电路：TI公司的Kilby，12个器件，Ge晶片
摩尔定律 ：当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个 月便会增加一倍，性能也将提升一倍。
CMOS工艺特征尺寸发展进程
1957年 120um 1999 180nm 2001 130nm 2003 90nm 2005 65nm 2008 45nm 2010 32nm 2012 22nm
0.8—0.35μm称为亚 微米，
0.25μm及其以下称为 深亚微米 ， 0.18 μm以下为超深 亚微米，
0.05μm及其以下称 为纳米级
Intel 公司第一代CPU—4004
电路规模：2300个晶体管 生产工艺：10um 最快速度：108KHz
插槽类型：LGA 2011 CPU主频：3.3GHz 最大睿频：3.9GHz 制作工艺：32纳米 二级缓存：6*256KB 三级缓存：15MB 核心数量：六核心 十二线程 核心代号：Sandy Bridge 热设计功耗(TDP)：130W 适用类型：台式机 倍频：36倍 内核电压：0.6-1.35V
Die preparation Wafer mounting 晶圆贴膜 Die cutting 芯片切割 IC packaging 封装 Die attachment 芯片固定 IC bonding Wire bonding Thermosonic bonding Flip chip Wafer bonding Tab bonding IC encapsulation 塑封 Baking 烘烤 Plating 电镀 Laser marking 激光打标 Trim and form 弯脚成型 IC testing
课程目标 模拟IC版图工程师
• 应聘条件： 1.有CMOS，BIPOLAR和DMOS等工艺版图经验，能熟练使用 cadence等版图工具进行版图、DRC、LVS等工作; 2.深刻理解CMOS和BIPOLAR工艺, ESD保护电路, LATCHUP的 产生机制; 3.进行集成电路（主要是模拟电路部分）的版图设计。进行版图 的DRC、LVS规则检查，提取版图的寄生参数; 4.熟知Unix操作系统者优先。
1 晶体生长
2 wafer晶圆
氧化物生长
化炉
Si O 2
石英舟
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滑道
炉膛
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12 英 寸 氧 化 扩 散 炉
氧化扩散炉装片
12英寸氧 化扩散炉 取片工序 （已生长 Si3N4）
300mm LPCVD Silicon Nitride
扩散
扩散炉与氧化炉基本相同，只是将要掺入的杂质 如P或B的源放入炉管内。 扩散分为两步：
• STEP1 预淀积：将浓度很高的一种杂质元素P或B淀积在硅片 表面。 • STEP2 推进：在高温、高压下，使硅片表面的杂质扩散到硅 片内部。
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离子注入
离子注入
淀积工艺
淀积工艺主要用于在硅片表面上淀积一层材料，如金 属铝、多晶硅及磷硅玻璃PSG等。 1、金属化工艺 淀积铝也称为金属化工艺，它是在真空设备中进行 的。在硅片的表面形成一层铝膜。
2. 晶圆直径(Wafer Diameter)
当前主流8英寸 —12英寸晶圆。
1 inch =2.54 cm
尺寸从2吋～12吋成比例增加的晶圆
第1课
集成电路工艺基础
术语
Wet cleans 清洗 Photolithography 光刻 Ion implantation (in which dopants are embedded in the wafer creating regions of increased (or decreased) conductivity) 离子注入 Dry etching 干法刻蚀 Wet etching湿法刻蚀 Plasma ashing 等离子刻蚀 Thermal treatments 热处理 Rapid thermal anneal Furnace anneals Thermal oxidation Chemical vapor deposition (CVD) Physical vapor deposition (PVD) Molecular beam epitaxy (MBE) Electrochemical deposition (ECD). Chemical-mechanical planarization (CMP) Wafer testing Wafer backgrinding (wafer减薄)
集成电路版图设计
吉新村
教3-100（10）
2013/2
课程目标
• 招聘职位：【海思】版图工程师 招聘人数：3人 工作地点：上海 岗位职责： 协同电路设计人员完成产品设计，责模块级和TOP 级版图布 局和设计、负责版图的物理验证、寄生参数提取及tapeout工作. • 招聘要求： 1、 全日制本科及以上学历，微电子、半导体物理等相关专业， 具有大中型芯片设计、半导体制造、电子类企业/研究所，或业 务强相关企业的研发类芯片开发经验。 • 2、熟练使用cadance、mentor、springsoft、synopsys等EAD软 件；熟练使用Unix/Linux系统,以及工作环境的建立；具有一定的 修改lvs / drc验证文件的能力；熟练使用assure、calibre进行版 图验证和寄生参数提取；
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• 掩膜1： P阱光刻
P-well Si-衬底
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2、淀积多晶硅
• 淀积多晶硅一般采用化学汽相淀积（LPCVD）的方 法。利用化学反应在硅片上生长多晶硅薄膜。 • 适当控制压力、温度并引入反应的蒸汽，经过足够 长的时间，便可在硅表面淀积一层高纯度的多晶硅 。
采用
SiH
4
在700°C的高温下，使其分解：
C 700 SiH 4 Si 2 H 2 ~
Leabharlann Baidu 按集成度分类
集成度：每块集成电路芯片中包含的元器件数目 类别 SSI MSI 数字集成电路 MOS IC 双极IC <102 <100 102103 100500 模拟集成电路 <30 30100
LSI VLSI ULSI GSI
103105 105107 107109 >109
5002000 >2000
三个技术指标
1. 特征尺寸 (Feature Size) / （Critical Dimension）
特征尺寸定义为器件中最小线条宽度 (对MOS器件而言，通常指器件栅极所决定的沟道长度)
减小特征尺寸是提高集成度、改进器件性能的关键。 特征尺寸的减小主要取决于光刻技术的改进。 集成电路的特征尺寸向深亚微米发展，目前国内的规模化生产是 0.18μm、0.13μm工艺， Intel目前Core i7 3770 工艺22 nm 。
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• 步进投影，分辨率通常在几十纳米至几微米之间。 • 国外品牌主要以荷兰ASML，日本Nikon和 Canon • 我国 上海微电子装备有限公司SMEE 90nm 12英寸
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ASML2010年公布的EUV Tools Roadmap
硅 片 清 洗 装 置
线性集成电路：又叫放大集成电路，如运算放大器、电 压比较器、跟随器等。
非线性集成电路：如振荡器、定时器等电路。
数模混合集成电路(Digital - Analog IC) ： 例如 数模(D/A)转换器和模数(A/D)转换器等。
按应用领域分类
标准通用集成电路
通用集成电路是指不同厂家都在同时生产的用量极大