集成电路制备工艺课件
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❖ 中规模集成电路：MSI 英文全名为 Medium Scale Integration, 逻辑门 11~100个 或 晶体管 101~1k个。
❖ 大规模集成电路：LSI 英文全名为 Large Scale Integration, 逻辑门 101~1k个 或 晶体管 1,001~10k个。
❖ 超大规模集成电路：VLSI 英文全名为 Very large scale integration, 逻辑门1,001~10k个 或 晶体管 10,001~100k个。
集成电路
微电子技术课程ppt
Biblioteka Baidu
Contents
❖集成电路的定义 ❖集成电路的分类 ❖集成电路的工艺
微电子技术课程ppt
集成电路定义
❖集成电路（integrated circuit）是一种微 型电子器件或部件。采用一定的工艺， 把一个电路中所需的晶体管、二极管、 电阻、电容和电感等元件及布线互连一 起，制作在一小块或 几小块半导体晶片 或介质基片上，然后封装在一个管壳内， 成为具有所需电路功能的微型结构；其 中所有元件在结构上已组成一个整体， 使电子元件向着微小型化、 低功耗和高 可靠性方面迈进了一大步。它在电路中 用字母“IC”表示。
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集成电路生产工艺
图形转换：刻蚀技术
干法刻蚀
主要指利用低压放电产生的等离子 体中的离子或游离基（处于激发态的 分子、原子及各种原子基团等）与材 料发生化学反应或通过轰击等物理作 用而达到刻蚀的目的。
湿法刻蚀
利用液态化学试剂或溶液通过化 学反应进行刻蚀的方法。
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集成电路生产工艺
前部工序的主要工艺
1. 图形转换：将设计在掩膜版(类似于照相底片)上 的图形转移到半导体单晶片上
2. 掺杂：根据设计的需要，将各种杂质掺杂在需
要的位置上，形成晶体管、接触等
3. 制膜：制作各种材料的薄膜
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集成电路生产工艺
图形转换： 光刻：接触光刻、接近光刻、投影光刻、电子束 光刻 刻蚀：干法刻蚀、湿法刻蚀
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集成电路分类
❖按其功能结构：可以分为模拟集成电路、 数字集成电路和数/模混合集成电路三大 集 成电路类。
❖按制作工艺：半导体集成电路和膜集成电 路。
❖按导电类型：双极型集成电路和单极型集 成电路，他们都是数字集成电路。
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集成电路分类
❖按集成度高低：
❖ 小规模集成电路：SSI 英文全名为 Small Scale Integration, 逻辑门10 个以下 或 晶体管 100个以下。
（9）老化
（10）成测
（11）打字、包装
划片
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集成电路生产工艺
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集成电路生产工艺
图形转换：光刻
❖ 光刻三要素：光刻胶、掩膜版和光刻机
▪ 光刻胶又叫光致抗蚀剂，它是由光敏化合物、 基体树脂和有机溶剂等混合而成的胶状液体
▪ 光刻胶受到特定波长光线的作用后，导致其化 学结构发生变化，使光刻胶在某种特定溶液中 的溶解特性改变
掺杂： 离子注入 退火 扩散
制膜： 氧化：干氧氧化、湿氧氧化等 CVD：APCVD、LPCVD、PECVD PVD：蒸发、溅射
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集成电路生产工艺
后部封装 （在另外厂房）
（1）背面减薄
（2）划片、掰片
（3）粘片
（4）压焊：金丝球焊
（5）切筋
（6）整形
（7）封装
（8）沾锡：保证管脚的电学接触
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集成电路生产工艺
杂质掺杂
掺杂：将需要的杂质掺入特定的半导体区域中，以 达到改变半导体电学性质，形成PN结、电阻、欧 姆接触
磷(P)、砷(As) — N型硅
硼(B) — P型硅
掺杂工艺：扩散、离子注入
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集成电路生产工艺
杂质掺杂：扩散
❖ 替位式扩散：杂质离子占据硅原子的位： ▪ Ⅲ、Ⅴ族元素 ▪ 一般要在很高的温度(950～1280℃)下进行 ▪ 磷、硼、砷等在二氧化硅层中的扩散系数均远 小于在硅中的扩散系数，可以利用氧化层作为 杂质扩散的掩蔽层
❖ 特大规模集成电路：ULSI 英文全名为 Ultra Large Scale Integration, 逻辑门10,001~1M个 或 晶体管 100,001~10M个。
❖ 巨大规模集成电路：GLSI 英文全名为 Giga Scale Integration, 逻辑门 1,000,001个以上 或 晶体管10,000,001个以上。
集成电路生产工艺
图形转换：光刻
▪ 接触式光刻：分辨率较高，但是容易造 成掩膜版和光刻胶膜的损伤。
▪ 接近式曝光：在硅片和掩膜版之间有一 个很小的间隙(10～25m)，可以大大减 小掩膜版的损伤，分辨率较低
▪ 投影式曝光：利用透镜或反射镜将掩膜 版上的图形投影到衬底上的曝光方法， 目前用的最多的曝光方式
❖正胶：分辨率高，在超大规模集成电路工艺中， 一般只采用正胶
❖ 负胶：分辨率差，适于加工线宽≥3m的线条
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集成电路生产工艺
正
负
胶
胶
：
：
曝
曝
光
光
后
后
可
不
溶
可
分
溶
辨
分
率
辨
高
率
差
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集成电路生产工艺
图形转换：光刻
几种常见的光刻方法 接触式光刻、接近式曝光、投影式曝光
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❖ 等离子刻蚀(Plasma Etching)：利用放电产生的游离基与 材料发生化学反应，形成挥发物，实现刻蚀。选择性好、 对衬底损伤较小，但各向异性较差
❖ 反应离子刻蚀(Reactive Ion Etching，简称为RIE)：通过 活性离子对衬底的物理轰击和化学反应双重作用刻蚀。具 有溅射刻蚀和等离子刻蚀两者的优点，同时兼有各向异性 和选择性好的优点。目前，RIE已成为VLSI工艺中应用最 广泛的主流刻蚀技术
集成电路生产工艺
图形转换：刻蚀技术
❖湿法腐蚀：
▪ 湿法化学刻蚀在半导体工艺中有着广泛 应用：磨片、抛光、清洗、腐蚀
▪ 优点是选择性好、重复性好、生产效率 高、设备简单、成本低
▪ 缺点是钻蚀严重、对图形的控制性较差
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集成电路生产工艺
图形转换：刻蚀技术
❖干法刻蚀
❖ 溅射与离子束铣蚀：通过高能惰性气体离子的物理轰击作 用刻蚀，各向异性性好，但选择性较差
❖ 间隙式扩散：杂质离子位于晶格间隙： ▪ Na、K、Fe、Cu、Au 等元素 ▪ 扩散系数要比替位式扩散大6～7个数量级
❖ 大规模集成电路：LSI 英文全名为 Large Scale Integration, 逻辑门 101~1k个 或 晶体管 1,001~10k个。
❖ 超大规模集成电路：VLSI 英文全名为 Very large scale integration, 逻辑门1,001~10k个 或 晶体管 10,001~100k个。
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Contents
❖集成电路的定义 ❖集成电路的分类 ❖集成电路的工艺
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集成电路定义
❖集成电路（integrated circuit）是一种微 型电子器件或部件。采用一定的工艺， 把一个电路中所需的晶体管、二极管、 电阻、电容和电感等元件及布线互连一 起，制作在一小块或 几小块半导体晶片 或介质基片上，然后封装在一个管壳内， 成为具有所需电路功能的微型结构；其 中所有元件在结构上已组成一个整体， 使电子元件向着微小型化、 低功耗和高 可靠性方面迈进了一大步。它在电路中 用字母“IC”表示。
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集成电路生产工艺
图形转换：刻蚀技术
干法刻蚀
主要指利用低压放电产生的等离子 体中的离子或游离基（处于激发态的 分子、原子及各种原子基团等）与材 料发生化学反应或通过轰击等物理作 用而达到刻蚀的目的。
湿法刻蚀
利用液态化学试剂或溶液通过化 学反应进行刻蚀的方法。
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集成电路生产工艺
前部工序的主要工艺
1. 图形转换：将设计在掩膜版(类似于照相底片)上 的图形转移到半导体单晶片上
2. 掺杂：根据设计的需要，将各种杂质掺杂在需
要的位置上，形成晶体管、接触等
3. 制膜：制作各种材料的薄膜
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集成电路生产工艺
图形转换： 光刻：接触光刻、接近光刻、投影光刻、电子束 光刻 刻蚀：干法刻蚀、湿法刻蚀
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集成电路分类
❖按其功能结构：可以分为模拟集成电路、 数字集成电路和数/模混合集成电路三大 集 成电路类。
❖按制作工艺：半导体集成电路和膜集成电 路。
❖按导电类型：双极型集成电路和单极型集 成电路，他们都是数字集成电路。
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集成电路分类
❖按集成度高低：
❖ 小规模集成电路：SSI 英文全名为 Small Scale Integration, 逻辑门10 个以下 或 晶体管 100个以下。
（9）老化
（10）成测
（11）打字、包装
划片
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集成电路生产工艺
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集成电路生产工艺
图形转换：光刻
❖ 光刻三要素：光刻胶、掩膜版和光刻机
▪ 光刻胶又叫光致抗蚀剂，它是由光敏化合物、 基体树脂和有机溶剂等混合而成的胶状液体
▪ 光刻胶受到特定波长光线的作用后，导致其化 学结构发生变化，使光刻胶在某种特定溶液中 的溶解特性改变
掺杂： 离子注入 退火 扩散
制膜： 氧化：干氧氧化、湿氧氧化等 CVD：APCVD、LPCVD、PECVD PVD：蒸发、溅射
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集成电路生产工艺
后部封装 （在另外厂房）
（1）背面减薄
（2）划片、掰片
（3）粘片
（4）压焊：金丝球焊
（5）切筋
（6）整形
（7）封装
（8）沾锡：保证管脚的电学接触
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集成电路生产工艺
杂质掺杂
掺杂：将需要的杂质掺入特定的半导体区域中，以 达到改变半导体电学性质，形成PN结、电阻、欧 姆接触
磷(P)、砷(As) — N型硅
硼(B) — P型硅
掺杂工艺：扩散、离子注入
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集成电路生产工艺
杂质掺杂：扩散
❖ 替位式扩散：杂质离子占据硅原子的位： ▪ Ⅲ、Ⅴ族元素 ▪ 一般要在很高的温度(950～1280℃)下进行 ▪ 磷、硼、砷等在二氧化硅层中的扩散系数均远 小于在硅中的扩散系数，可以利用氧化层作为 杂质扩散的掩蔽层
❖ 特大规模集成电路：ULSI 英文全名为 Ultra Large Scale Integration, 逻辑门10,001~1M个 或 晶体管 100,001~10M个。
❖ 巨大规模集成电路：GLSI 英文全名为 Giga Scale Integration, 逻辑门 1,000,001个以上 或 晶体管10,000,001个以上。
集成电路生产工艺
图形转换：光刻
▪ 接触式光刻：分辨率较高，但是容易造 成掩膜版和光刻胶膜的损伤。
▪ 接近式曝光：在硅片和掩膜版之间有一 个很小的间隙(10～25m)，可以大大减 小掩膜版的损伤，分辨率较低
▪ 投影式曝光：利用透镜或反射镜将掩膜 版上的图形投影到衬底上的曝光方法， 目前用的最多的曝光方式
❖正胶：分辨率高，在超大规模集成电路工艺中， 一般只采用正胶
❖ 负胶：分辨率差，适于加工线宽≥3m的线条
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集成电路生产工艺
正
负
胶
胶
：
：
曝
曝
光
光
后
后
可
不
溶
可
分
溶
辨
分
率
辨
高
率
差
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图形转换：光刻
几种常见的光刻方法 接触式光刻、接近式曝光、投影式曝光
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❖ 等离子刻蚀(Plasma Etching)：利用放电产生的游离基与 材料发生化学反应，形成挥发物，实现刻蚀。选择性好、 对衬底损伤较小，但各向异性较差
❖ 反应离子刻蚀(Reactive Ion Etching，简称为RIE)：通过 活性离子对衬底的物理轰击和化学反应双重作用刻蚀。具 有溅射刻蚀和等离子刻蚀两者的优点，同时兼有各向异性 和选择性好的优点。目前，RIE已成为VLSI工艺中应用最 广泛的主流刻蚀技术
集成电路生产工艺
图形转换：刻蚀技术
❖湿法腐蚀：
▪ 湿法化学刻蚀在半导体工艺中有着广泛 应用：磨片、抛光、清洗、腐蚀
▪ 优点是选择性好、重复性好、生产效率 高、设备简单、成本低
▪ 缺点是钻蚀严重、对图形的控制性较差
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图形转换：刻蚀技术
❖干法刻蚀
❖ 溅射与离子束铣蚀：通过高能惰性气体离子的物理轰击作 用刻蚀，各向异性性好，但选择性较差
❖ 间隙式扩散：杂质离子位于晶格间隙： ▪ Na、K、Fe、Cu、Au 等元素 ▪ 扩散系数要比替位式扩散大6～7个数量级