集成电路设计与制造工艺概述

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氧化工艺
氧化工艺就是制备二氧化硅（SiO2）层。二氧化硅是一种十分 理想的电绝缘材料，它的化学性质非常稳定，室温下它只与氢氟 酸发生化学反应。它在集成电路加工工艺中有许多作用，（1） 在MOS电路中作为MOS器件的绝缘栅介质，是MOS器件的组成 部分；（2）扩散时的掩蔽层，离子注入的阻挡层（有时与光刻 胶、Si3N4层一起使用）；（3）作为集成电路的隔离介质材料； （4）作为电容器的绝缘介质材料；（5）作为多层金属互连层之 间的介质材料；（6）作为对器件和电路进行钝化的钝化层材料。 氧化工艺有热氧化法、化学气相淀积法、热分解淀积法和溅射法。
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根据设计内容不同分类
01
逻辑设计
02
电路设计
04
版图设计
03
工艺设计百度文库
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版图与制版
设计与工艺制造之间的接口是版图。版图是一组相 互套合的图形，各层版图相应于不同的工艺步骤，每一 层版图用不同的图案来表示。版图与所采用的制备工艺 紧密相关。
制版的目的就是产生一套分层的版图掩模，为将来 进行图形转移，即将设计的版图转移到硅片上去做准备。
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2.光刻与刻蚀（图形转换）
（a）曝光 （c）腐蚀
（b）显影
（d)去胶
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3.掺杂
将需要的杂质掺入特定的半导体区以达到改变半导体电学性 质，形成PN结、电阻、欧姆接触等。掺杂工艺分扩散和离子注入 两种。
1、扩散 扩散掺杂就是利用原子在高温下的扩散运动，使杂质原子从
浓度很高的杂质源向硅中扩散并形成一定的分布，所以也称为扩 散掺杂。一般施主杂质元素有磷（P）、砷（As）等，受主杂质 元素有硼（B）、铟（C）等。掺杂后硅中的杂质浓度大小与分布 是温度和时间的函数，所以控制温度和扩散时间是保证质量的两 大要素。
这里所说的工艺条件包含源的种类、温度、时间、流量、注入剂量 和能量、工艺参数及检测手段等内容。
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反向设计（也称逆向设计）的设计流程为： 第一步，提取横向尺寸。主要内容：打开封装放大、照相提取复合
版图，拼复合版图提取电路图、器件尺寸和设计规则电路模拟、验 证所提取的电路画版图。 第二步，提取纵向尺寸。用扫描电镜等提取氧化层厚度、金属膜厚 度、多晶硅厚度、结深、基区宽度等纵向尺寸和纵向杂质分布。 第三步，测试产品的电学参数。电学参数包括开启电压、薄膜电阻、 放大倍数、特征频率等。 逆向设计在提取纵向尺寸和测试产品的电学参数的基础上确定工艺 参数，制订工艺条件和工艺流程。
仿制原产品， 确定工艺参数， 推出更先进的 产品。
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正向设计的设计流程为：根据功能要求画出系统框图，划分成子系 统(功能块)进行逻辑设计，由逻辑图或功能块功能要求进行电路设 计，由电路图设计版图，根据电路及现有工艺条件，经模拟验证再 绘制总图工艺设计（如原材料选择，设计工艺参数、工艺方案，确 定工艺条件、工艺流程）。如有成熟的工艺，就根据电路的性能要 求选择合适的工艺加以修改、补充或组合。
设计规则是集成电路设计与制造的桥梁。如何向电路设计及版 图设计工程师精确说明工艺线的加工能力，就是设计规则描述的 内容。这些规定是以掩膜版各层几何图形的宽度、间距及重叠量 等最小容许值的形式出现的。
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设计规则本身并不代表光刻、化学腐蚀、对准容差的极 限尺寸，它所代表的是容差的要求。考虑器件在正常工 作的条件下，根据实际工艺水平(包括光刻特性、刻蚀 能力、对准容差等)和成品率要求，给出的一组同一工 艺层及不同工艺层之间几何尺寸的限制，主要包括线宽、 间距、覆盖、露头、凹口、面积等规则，分别给出它们 的最小值，以防止掩膜图形的断裂、连接和一些不良物 理效应的出现。
大家好
1
第5章 集成电路设计与制造工艺概述
概要介绍主要设计和基本工艺
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硅晶圆与晶圆片
3
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一、集成电路设计 主要分类
按设计途径分：正向设计、反向设计 按设计内容分：逻辑设计、电路设计
工艺设计、版图设计
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根据设计途径不同分类
正向 设计
指由电路指标、 功能出发，最 后由由电路进 行版图设计
反向 设计
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二、集成电路制造基本工艺
指在晶圆表面形成薄膜 的加工工艺。这些薄膜 可以是绝缘体、半导体 或导体。它们由不同材 料组成，是使用多种工 艺生产或淀积的。
薄膜制备
光刻
掺杂就是用人为的方法， 将所需要的杂质，以一 定的方式掺入到半导体 基片规定的区域内，并 达到规定的数量和符合 要求的分布。
掺杂
热处理
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2、离子注入 离子注入掺杂分为两个步骤：离子注入和退火再分布。离子注
集成电路中的光刻是 把掩模版上的图形转 换到硅片表面上的一 种工艺。
热处理是简单地将晶
圆加热和冷却来达到
特定结果的工艺过程。
热处理过程中晶圆上
没有增加或减去任何
物质，另外，会有一
些污染物和水汽从晶
圆上蒸发。
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1.薄膜制备
在半导体器件中广泛使用各种薄膜，例如：作为器件工 作区的外延薄膜；实现定域工艺的掩蔽膜；起表面保护、 钝化和隔离作用的绝缘介质薄膜；作为电极引线和栅电 极的金属及多晶硅薄膜等。
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版图与棍图
（a）电路图
（b）一种棍图 （c）另一种棍图
图4.6.1 棍图与版图的关系
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NMOS晶体管版图 12
N阱工艺CMOS反相器版图 13
版图设计规则
在版图设计中，要遵守版图设计规则。所谓版图设计规则，是 指为了保证电路的功能和一定的成品率而提出的一组最小尺寸， 如最小线宽、最小可开孔、线条间的最小间距、最小套刻间距等。
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1.薄膜制备
制作薄膜的材料很多：半导体材料如硅和砷化镓；金属 材料有金和铝；无机绝缘材料二氧化硅、磷硅玻璃、氮 化硅、三氧化二铝；半绝缘材料多晶硅和非晶硅等。此 外，还有目前已用于生产并有着广泛前途的聚酰亚胺类 有机绝缘树脂材料等。
制备这些薄膜的方法很多，概括起来可分为间接生长 （如气相外延、热氧化和化学气相淀积）和直接生长 （如真空蒸发、溅射和涂敷等）两类。
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金属化工艺 金属化工艺主要是完成电极、焊盘和互连线的制备。 用于金属化工艺的材料有金属铝、铝-硅合金、铝-铜合 金，重掺杂多晶硅和难熔金属硅化物等。金属化工艺是 一种物理气相淀积，需要在高真空系统中进行，常用的 方法有真空蒸发法和溅射法。
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（a）淀积一层金属铝
（b）刻蚀不需要的铝
金属化工艺