《集成电路设计基础》PPT课件

2018/11/26
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双极型集成电路的基本制造工艺步骤
（7） 第五次光刻——引线接触孔光刻 此次光刻的掩模版图形如图所示。
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双极型集成电路的基本制造工艺步骤
（8）第六次光刻——金属化内连线光刻 反刻铝形成金属化内连线后的芯片复合图及剖面图如图。
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4.3 MESFET工艺与HEMT工艺
MESFET 是 第一代 GaAs 晶体管
类型和工 艺标识，是 GaAs 单片集成电路技术的基 础，现在是 GaAs VLSI 的主导工艺。 HEMT工艺是最先进的GaAs集成电路工艺。 MESFET 和 HEMT 两者的工作原理和工艺 制造基础基本相同。
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MESFET工艺
下图将示出GaAs
MESFET的基本结构。 在半绝缘 (Semi-isolating ， s.i.)GaAs 衬底 上的 N 型 GaAs 薄层为有源层。这一层 可 以 采 用 液 相 外 延 (LPE) 、 汽 相 外 延 (VPE) 或分子束外延 (MBE) 三种外延方 法 沉积形成，也可以通过 离子注入 形 成。
4.1 引言
所谓 特定工艺，常常是指以一种
材料为衬底、一种或几种类型的晶体 管为主要的有源器件；辅以一定类型 的无源器件；以特定的简单电路为基 本单元；形成应用于一个或多个领域 中各种电路和系统的工艺。
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特定工艺
这些特定工艺包括： 硅基的双极型工艺、CMOS、BiCMOS、锗 硅HBT工艺和BiCMOS工艺，SOI材料的CMOS 工艺， GaAs 基 /InP 基的 MESFET 工艺、 HEMT 工艺和HBT工艺等。目前应用最广泛的特定工 艺是 CMOS 工艺。在 CMOS 工艺中，又可细分 为DRAM工艺、逻辑工艺、模拟数字混合集成 工艺，RFIC工艺等。
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本次课内容
第4章 集成电路特定工艺
4.1 引言 4.2 双极型集成电路的基本制造工艺 4.3 MESFET工艺与HEMT工艺 4.4 CMOS集成电路的基本制造工艺 4.5 BiCMOS集成电路的基本制造工艺
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双极型集成电路基本制造工艺步骤
（4）第二次光刻——P+隔离扩散孔光刻 隔离扩散 的目的是在硅衬底上形成许 多孤立的 外延层岛 ，以实现各元件间的 电隔离。 目前最常用的隔离方法是反偏PN结隔 离。一般P型衬底接最负电位，以使隔离 结处于反偏，达到 各岛间电隔离 的目的。
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4.2 双极型集成电路的基本制造工艺
在双极型集成电路的基本制造工艺中， 要不断地进行光刻、扩散、氧化的工作。 典型的PN结隔离的 掺金TTL电路工艺 流程图如下图所示。
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典型PN结隔离掺金TTL电路工艺流程图
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MESFET工艺
（1）有源层上面两侧的金属层通常是金 锗合金, 通过沉积形成, 与有源层形成 源极和漏极的欧姆接触。这两个接触区 之间的区域定义出有源器件, 即MESFET 的电流沟道。MESFET通常具有对称的源 漏结构。沟道中间区域上的金属层通常 是金或合金, 与有源层形成栅极的肖特 基接触。
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MESFET工艺
Source Metallization
Metallization
Gate
Gatelength Channel
Drain Metallization Epitaxial Active Layer
S.i. GaAs Substrate
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第 二 次 光 刻 ——P+ 隔 离 扩 散 孔 光 刻
隔离扩散孔的掩模版图形及隔离扩散后的 芯片剖面图如图所示。
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双极型集成电路的基本制造工艺步骤
（5）第三次光刻——P型基区扩散孔光刻
基区扩散孔的掩模版图形及基区扩散后的芯片
剖面图如图所示。
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双极型集成电路的基本制造工艺步骤
（6）第四次光刻——N+发射区扩散孔光刻
此次光刻还包括集电极、N型电阻
的接触孔和外延层的反偏孔。
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第四次光刻——N+发射区扩散孔光刻
N+发射区扩散孔的掩模图形及N+发射区 扩散后的芯片剖面图如图所示。
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第一次光刻 ——N+ 隐埋层扩散孔光刻
从上表面引出第一次光刻的掩模版图形 及隐埋层扩散后的芯片剖面见图。
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双极型集成电路基本制造工艺步骤
（3）外延层淀积 外延层淀积时应该考虑的设计参数主要有： 外延层电阻率ρ epi和外延层厚度Tepi。外延 层淀积后的芯片剖面如图。
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双极型集成电路基本制造工艺步骤
（1）衬底选择 对于典型的 PN 结隔离 双极集成电路， 衬底一般选用 P型硅。芯片剖面如图。
2源自文库18/11/26
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双极型集成电路基本制造工艺步骤
（2）第一次光刻——N+隐埋层扩散孔光刻
一般来讲，由于双极型集成电路中各 元器件均从上表面实现互连，所以为了减 少寄生的集电极串联电阻效应 ，在制作 元器件的外延层和衬底之间需要作 N+ 隐 埋层。
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NMOS N+ P - epi P+-SUB
－
PMOS P+ P+ N阱
纵向NPN E B C N+ N+ N阱
N+
P
N+ - BL
N+ - BL
山东大学 信息学院
刘志军
上次课内容

第3章 集成电路工艺简介 3.1 引言 3.2 外延生长工艺 3.3 掩模的制版工艺 3.4 光刻工艺 3.5 掺杂工艺 3.6 绝缘层形成工艺 3.7 金属层形成工艺