第3章 集成电路制造工艺讲解
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? 金属CVD技术，正在逐渐发展过程中
3.4 CMOS集成电路的基本制造工艺
? CMOS工艺技术是当代VLSI工艺的主流工艺技术，该 工艺是在PMOS与NMOS工艺基础上发展起来的，特点 是将NMOS器件和PMOS器件同时制作在同一衬底上。 COMOS工艺一般可分为三类：P阱CMOS工艺、N阱 CMOS工艺和双阱CMOS工艺。
3.4.1 P阱CMOS工艺
? P阱CMOS工艺以N型单晶硅为衬底。首先在N型硅衬 底上制作P阱，然后将NMOS晶体管制作在该P阱中， 而PMOS管则直接做在N型硅衬底上。
3.4.2 N阱CMOS工艺
? N阱CMOS工艺正好与P阱CMOS工艺相反，它是在P型 衬底上形成N阱。因为N沟道器件是在P型衬底上制成的， 这种方法与标准的N沟道MOS晶体管的工艺是兼容的。 在这种情况下，N阱中和了P型衬底，N阱中的P沟道 MOS晶体管会受到过渡掺杂的影响。
? 尽管特定工艺种类繁多，若以晶体管类型来区分，目前常用的大体上可 分为双极型/HBT、MESFET/HEMT、CMOS、BiCMOS 四大类型。
? 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。 ? 本章将介绍主流的CMOS工艺的基本加工过程。
层60~80nm 厚的铬，使其表面光洁度更高，这称之为 铬版 （Cr mask ），通常也称为光学（掩膜）版。 ? 新的光刻技术的掩膜版与光刻技术有关。
3.2.3 光刻
? 光刻是把掩模版上的图形映射到晶圆上，并在晶 圆上形成器件结构。光刻的灵敏度和分辨率等对 IC图形结构的形成，起着决定性的作用。
? 光刻线条所能达到的最小尺寸通常被称为特征尺
寸，用来评价一条 IC生产线的技术水平 。
? 曝光是在光刻胶上形成预定图案。有光学光刻 和 非光学光刻
? 刻蚀是将图形转移到晶圆上。有湿法刻蚀、等离子 体刻蚀、反应离子刻蚀等
? 光刻基本步骤：
? 涂光刻胶 ?曝光? 显影与后烘 ? 刻蚀?去除光刻胶
脱水、增黏、涂胶、软烘
3.2 集成电路基本加工工艺
? 制造一个集成电路需要经过几十甚至几百道工艺过程。这样复杂 的工艺过程其实是由数种基本的集成电路加工工艺组成的。集成 电路的基本加工工艺包括 外延生长、掩膜制版、光刻、掺杂、金 属层的形成、绝缘层的形成 等。任何复杂的集成电路制造都可以 分解为这些基本加工工艺。下面分别介绍几种主要的集成电路基 本加工工艺。
? 局部氧化隔离法隔离（ LOCOS） ? 浅沟槽隔离（STI）
氧化隔离示意图
浅沟道隔离示意图
3.2.6 金属层形成
? 集成电路工艺中的金属层有三个主要功能
? 1）形成器件本身的接触线； ? 2）形成器件间的互连线； ? 3）形成焊盘。
? 金属层的形成主要采用
? 物理汽相沉积（ PVD：Pysical Vapor Deposition ）技术。 PVD技术有蒸镀和溅镀两种。
? 离子注入法掺杂
? 离子注入掺杂也分为两个步骤：离子注入和退火再分布。
中等电流离子注入系统示意图
3.2.5 绝缘层形成
? 在集成电路工艺中，导体和绝缘体是互补而又相对 的。
? 绝缘层的作用
? 电隔离 ? 防止湿气侵扰、化学玷污和机械划伤的保护作用 ? 制作如MOS晶体管等器件
? 两种常见的隔离手段
3.2.2 掩膜的制版工艺
? 在集成电路开始制造之前，需要预先设定好每个工艺的 制造过程 和先后顺序 。
? 每个工艺中都需要掩膜来覆盖暂时不需要加工的位置，需要加工 的位置则需要按照一定的图形来加工。
? 版图设计 就是将集成电路的布局按照集成电路工艺过程分为多层 掩膜版的过程。
? 将这些过程制作成掩膜版的过程就是 制版。 ? 制版就是要产生一套分层的版图掩膜，为将来将设计的版图转移
3.4.3 双阱CMOS工艺
? 双阱CMOS工艺采用的原始材料是在N+或P+衬底上外 延一层轻掺杂的外延层，然后用离子注入的方法同时制 作N阱和P阱。使用双阱工艺不但可以提高器件密度， 还可以有效的控制寄生晶体管的影响，抑制闩锁现象 。
到晶圆上做准备，掩膜版主要用在光刻工艺过程中。
? 掩膜制造
? 掩膜版可分成：整版及单片版 ? 整版是指晶圆上所有的集成电路芯片的版图都是有该掩膜一次
投影制作出来的。各个单元的集成电路可以不同。 ? 单片版 是指版图只对应晶圆上的一个单元。其他单元是该单
元的重复投影。晶圆上各个芯片是相同的。 ? 早期掩膜制造是通过画图照相微缩形成的。 ? 光学掩膜版是用石英玻璃做成的均匀平坦的薄片，表面上涂一
3.1 引言
? 集成电路基本加工工艺包括衬底外延生长、掩膜制版、光刻、掺杂、绝 缘层和金属层形成等。而集成电路的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。
集成电路设计技术与工具
第三章 集成电路制造工艺
Leabharlann Baidu
本章基本要求：
? 了解集成电路基本加工工艺 ? 了解CMOS工艺流程的主要步骤 ? 掌握MOS工艺的自对准原理 ? 了解器件模拟及工艺模拟的意义及原理
内容提要
? 3.1 引言 ? 3.2 集成电路基本加工工艺 ? 3.3 CMOS集成电路的基本制造工艺 ? 3.4 集成电路工艺及器件CAD ? 3.5 本章小结
3.2.1 外延生长
? “外延”是指在单晶硅衬底上生长一层新单晶的技术。同质外延 vs. 异质外延
? 外延层具有很多优良性能。 ? 不同的外延工艺可制备不同的材料系统。目前常见的外延技术为
化学汽相沉积 （CVD：Chemical Vapor Deposition ）、金属有 机物汽相沉积（ MOCVD ：Metal Organic CVD ）和分子束外延 生长（ MBE ：Molecular Beam Epitaxy ）。
显影、坚膜、固胶等
刻蚀过程
3.2.4 掺杂
? 热扩散法掺杂
? 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。
? 热扩散通常分两个步骤进行：
? 预淀积（predeposition ，也称预扩散） ? 推进（drive in ，也称主扩散）。
一种热扩散法掺杂的系统示意图
3.4 CMOS集成电路的基本制造工艺
? CMOS工艺技术是当代VLSI工艺的主流工艺技术，该 工艺是在PMOS与NMOS工艺基础上发展起来的，特点 是将NMOS器件和PMOS器件同时制作在同一衬底上。 COMOS工艺一般可分为三类：P阱CMOS工艺、N阱 CMOS工艺和双阱CMOS工艺。
3.4.1 P阱CMOS工艺
? P阱CMOS工艺以N型单晶硅为衬底。首先在N型硅衬 底上制作P阱，然后将NMOS晶体管制作在该P阱中， 而PMOS管则直接做在N型硅衬底上。
3.4.2 N阱CMOS工艺
? N阱CMOS工艺正好与P阱CMOS工艺相反，它是在P型 衬底上形成N阱。因为N沟道器件是在P型衬底上制成的， 这种方法与标准的N沟道MOS晶体管的工艺是兼容的。 在这种情况下，N阱中和了P型衬底，N阱中的P沟道 MOS晶体管会受到过渡掺杂的影响。
? 尽管特定工艺种类繁多，若以晶体管类型来区分，目前常用的大体上可 分为双极型/HBT、MESFET/HEMT、CMOS、BiCMOS 四大类型。
? 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。 ? 本章将介绍主流的CMOS工艺的基本加工过程。
层60~80nm 厚的铬，使其表面光洁度更高，这称之为 铬版 （Cr mask ），通常也称为光学（掩膜）版。 ? 新的光刻技术的掩膜版与光刻技术有关。
3.2.3 光刻
? 光刻是把掩模版上的图形映射到晶圆上，并在晶 圆上形成器件结构。光刻的灵敏度和分辨率等对 IC图形结构的形成，起着决定性的作用。
? 光刻线条所能达到的最小尺寸通常被称为特征尺
寸，用来评价一条 IC生产线的技术水平 。
? 曝光是在光刻胶上形成预定图案。有光学光刻 和 非光学光刻
? 刻蚀是将图形转移到晶圆上。有湿法刻蚀、等离子 体刻蚀、反应离子刻蚀等
? 光刻基本步骤：
? 涂光刻胶 ?曝光? 显影与后烘 ? 刻蚀?去除光刻胶
脱水、增黏、涂胶、软烘
3.2 集成电路基本加工工艺
? 制造一个集成电路需要经过几十甚至几百道工艺过程。这样复杂 的工艺过程其实是由数种基本的集成电路加工工艺组成的。集成 电路的基本加工工艺包括 外延生长、掩膜制版、光刻、掺杂、金 属层的形成、绝缘层的形成 等。任何复杂的集成电路制造都可以 分解为这些基本加工工艺。下面分别介绍几种主要的集成电路基 本加工工艺。
? 局部氧化隔离法隔离（ LOCOS） ? 浅沟槽隔离（STI）
氧化隔离示意图
浅沟道隔离示意图
3.2.6 金属层形成
? 集成电路工艺中的金属层有三个主要功能
? 1）形成器件本身的接触线； ? 2）形成器件间的互连线； ? 3）形成焊盘。
? 金属层的形成主要采用
? 物理汽相沉积（ PVD：Pysical Vapor Deposition ）技术。 PVD技术有蒸镀和溅镀两种。
? 离子注入法掺杂
? 离子注入掺杂也分为两个步骤：离子注入和退火再分布。
中等电流离子注入系统示意图
3.2.5 绝缘层形成
? 在集成电路工艺中，导体和绝缘体是互补而又相对 的。
? 绝缘层的作用
? 电隔离 ? 防止湿气侵扰、化学玷污和机械划伤的保护作用 ? 制作如MOS晶体管等器件
? 两种常见的隔离手段
3.2.2 掩膜的制版工艺
? 在集成电路开始制造之前，需要预先设定好每个工艺的 制造过程 和先后顺序 。
? 每个工艺中都需要掩膜来覆盖暂时不需要加工的位置，需要加工 的位置则需要按照一定的图形来加工。
? 版图设计 就是将集成电路的布局按照集成电路工艺过程分为多层 掩膜版的过程。
? 将这些过程制作成掩膜版的过程就是 制版。 ? 制版就是要产生一套分层的版图掩膜，为将来将设计的版图转移
3.4.3 双阱CMOS工艺
? 双阱CMOS工艺采用的原始材料是在N+或P+衬底上外 延一层轻掺杂的外延层，然后用离子注入的方法同时制 作N阱和P阱。使用双阱工艺不但可以提高器件密度， 还可以有效的控制寄生晶体管的影响，抑制闩锁现象 。
到晶圆上做准备，掩膜版主要用在光刻工艺过程中。
? 掩膜制造
? 掩膜版可分成：整版及单片版 ? 整版是指晶圆上所有的集成电路芯片的版图都是有该掩膜一次
投影制作出来的。各个单元的集成电路可以不同。 ? 单片版 是指版图只对应晶圆上的一个单元。其他单元是该单
元的重复投影。晶圆上各个芯片是相同的。 ? 早期掩膜制造是通过画图照相微缩形成的。 ? 光学掩膜版是用石英玻璃做成的均匀平坦的薄片，表面上涂一
3.1 引言
? 集成电路基本加工工艺包括衬底外延生长、掩膜制版、光刻、掺杂、绝 缘层和金属层形成等。而集成电路的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。
集成电路设计技术与工具
第三章 集成电路制造工艺
Leabharlann Baidu
本章基本要求：
? 了解集成电路基本加工工艺 ? 了解CMOS工艺流程的主要步骤 ? 掌握MOS工艺的自对准原理 ? 了解器件模拟及工艺模拟的意义及原理
内容提要
? 3.1 引言 ? 3.2 集成电路基本加工工艺 ? 3.3 CMOS集成电路的基本制造工艺 ? 3.4 集成电路工艺及器件CAD ? 3.5 本章小结
3.2.1 外延生长
? “外延”是指在单晶硅衬底上生长一层新单晶的技术。同质外延 vs. 异质外延
? 外延层具有很多优良性能。 ? 不同的外延工艺可制备不同的材料系统。目前常见的外延技术为
化学汽相沉积 （CVD：Chemical Vapor Deposition ）、金属有 机物汽相沉积（ MOCVD ：Metal Organic CVD ）和分子束外延 生长（ MBE ：Molecular Beam Epitaxy ）。
显影、坚膜、固胶等
刻蚀过程
3.2.4 掺杂
? 热扩散法掺杂
? 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。
? 热扩散通常分两个步骤进行：
? 预淀积（predeposition ，也称预扩散） ? 推进（drive in ，也称主扩散）。
一种热扩散法掺杂的系统示意图