集成电路制造工艺第5章 外延工艺
- 格式:pptx
- 大小:796.95 KB
- 文档页数:19
集成电路设计与制造技术作业指导书第1章集成电路设计基础 (3)1.1 集成电路概述 (3)1.1.1 集成电路的定义与分类 (3)1.1.2 集成电路的发展历程 (3)1.2 集成电路设计流程 (4)1.2.1 设计需求分析 (4)1.2.2 设计方案制定 (4)1.2.3 电路设计与仿真 (4)1.2.4 布局与布线 (4)1.2.5 版图绘制与验证 (4)1.2.6 生产与测试 (4)1.3 设计规范与工艺限制 (4)1.3.1 设计规范 (4)1.3.2 工艺限制 (4)第2章基本晶体管与MOSFET理论 (5)2.1 双极型晶体管 (5)2.1.1 结构与工作原理 (5)2.1.2 基本特性 (5)2.1.3 基本应用 (5)2.2 MOSFET晶体管 (5)2.2.1 结构与工作原理 (5)2.2.2 基本特性 (5)2.2.3 基本应用 (5)2.3 晶体管的小信号模型 (5)2.3.1 BJT小信号模型 (6)2.3.2 MOSFET小信号模型 (6)2.3.3 小信号模型的应用 (6)第3章数字集成电路设计 (6)3.1 逻辑门设计 (6)3.1.1 基本逻辑门 (6)3.1.2 复合逻辑门 (6)3.1.3 传输门 (6)3.2 组合逻辑电路设计 (6)3.2.1 组合逻辑电路概述 (6)3.2.2 编码器与译码器 (6)3.2.3 多路选择器与多路分配器 (6)3.2.4 算术逻辑单元(ALU) (7)3.3 时序逻辑电路设计 (7)3.3.1 时序逻辑电路概述 (7)3.3.2 触发器 (7)3.3.3 计数器 (7)3.3.5 数字时钟管理电路 (7)第4章集成电路模拟设计 (7)4.1 放大器设计 (7)4.1.1 放大器原理 (7)4.1.2 放大器电路拓扑 (7)4.1.3 放大器设计方法 (8)4.1.4 放大器设计实例 (8)4.2 滤波器设计 (8)4.2.1 滤波器原理 (8)4.2.2 滤波器电路拓扑 (8)4.2.3 滤波器设计方法 (8)4.2.4 滤波器设计实例 (8)4.3 模拟集成电路设计实例 (8)4.3.1 集成运算放大器设计 (8)4.3.2 集成电压比较器设计 (8)4.3.3 集成模拟开关设计 (8)4.3.4 集成模拟信号处理电路设计 (8)第5章集成电路制造工艺 (9)5.1 制造工艺概述 (9)5.2 光刻工艺 (9)5.3 蚀刻工艺与清洗技术 (9)第6章硅衬底制备技术 (10)6.1 硅材料的制备 (10)6.1.1 硅的提取与净化 (10)6.1.2 高纯硅的制备 (10)6.2 外延生长技术 (10)6.2.1 外延生长原理 (10)6.2.2 外延生长设备与工艺 (10)6.2.3 外延生长硅衬底的应用 (10)6.3 硅片加工技术 (10)6.3.1 硅片切割技术 (10)6.3.2 硅片研磨与抛光技术 (10)6.3.3 硅片清洗与检验 (10)6.3.4 硅片加工技术的发展趋势 (11)第7章集成电路中的互连技术 (11)7.1 金属互连 (11)7.1.1 金属互连的基本原理 (11)7.1.2 金属互连的制备工艺 (11)7.1.3 金属互连的功能评价 (11)7.2 多层互连技术 (11)7.2.1 多层互连的原理与结构 (11)7.2.2 多层互连的制备工艺 (11)7.2.3 多层互连技术的挑战与发展 (11)7.3.1 铜互连技术 (12)7.3.2 低电阻率金属互连技术 (12)7.3.3 低电阻互连技术的发展趋势 (12)第8章集成电路封装与测试 (12)8.1 封装技术概述 (12)8.1.1 封装技术发展 (12)8.1.2 封装技术分类 (12)8.2 常见封装类型 (12)8.2.1 DIP封装 (12)8.2.2 QFP封装 (13)8.2.3 BGA封装 (13)8.3 集成电路测试方法 (13)8.3.1 功能测试 (13)8.3.2 参数测试 (13)8.3.3 可靠性测试 (13)8.3.4 系统级测试 (13)第9章集成电路可靠性分析 (13)9.1 失效机制 (13)9.2 热可靠性分析 (14)9.3 电可靠性分析 (14)第10章集成电路发展趋势与展望 (14)10.1 先进工艺技术 (14)10.2 封装技术的创新与发展 (14)10.3 集成电路设计方法学的进展 (15)10.4 未来集成电路的发展趋势与挑战 (15)第1章集成电路设计基础1.1 集成电路概述1.1.1 集成电路的定义与分类集成电路(Integrated Circuit,IC)是指在一个半导体衬底上,采用一定的工艺技术,将一个或多个电子电路的组成部分集成在一起,以实现电子器件和电路的功能。
外延工艺在集成电路制造产业中的应用外延(Epitaxy,简称Epi)工艺是指在单晶衬底上生长一层跟衬底具有相同晶格排列的单晶材料,外延层能够是同质外延层(Si/Si),也能够是异质外延层(SiGe/Si或SiC/Si等);同样实现外延生长也有许多方法,包括分子束外延(MBE),超高真空化学气相沉积(UHV/CVD),常压及减压外延(ATM&RPEpi)等等。
本文仅介绍广泛应用于半导体集成电路生产中衬底为硅材料的硅(Si)和锗硅(SiGe)外延工艺。
依据生长方法能够将外延工艺分为两大类(表1):全外延(BlanketEpi)和选择性外延(SelectiveEpi,简称SEG)。
工艺气体中常用三种含硅气体源:硅烷(SiH4),二氯硅烷(SiH2Cl2,简称DCS)和三氯硅烷(SiHCl3,简称TCS);某些特别外延工艺中还要用到含Ge和C的气体锗烷(GeH4)和甲基硅烷(SiH3CH3);选择性外延工艺中还需要用到刻蚀性气体氯化氢(HCl),相应中的载气一般选用氢气(H2)。
外延选择性的实现一般通过调节外延沉积和原位(in-situ)刻蚀的相对速率大小来实现,所用气体一般为含氯(Cl)的硅源气体DCS,利用相应中Cl原子在硅表层的吸附小于氧化物或者氮化物来实现外延生长的选择性;由于SiH4不含Cl原子而且活化能低,一般仅应用于低温全外延工艺;而另外一种常用硅源TCS蒸气压低,在常温下呈液态,需要通过H2鼓泡来导进相应腔,但价格相对低廉,常利用其快速的生长率〔可抵达5um/min〕来生长对比厚的硅外延层,这在硅外延片生产中得到了广泛的应用。
IV族元素中Ge的晶格常数(5.646A与Si的晶格常数(5.431A区不最小,这使得SiGe与Si工艺易集成。
在单晶Si中引进Ge形成的SiGe单晶层能够落低带隙宽度,增大晶体管的特征截止频率fT(cut-offfrequency),这使得它在无线及光通信高频器件方面应用十分广泛;另外在先进的CMOS集成电路工艺中还会利用Ge跟Si的晶格常数失配(4%)引进的晶格应力来提高电子或者空穴的迁移率(mobility),从而增大器件的工作饱和电流以及响应速度,这正成为各国半导体集成电路工艺研究中的热点。
外延工艺在集成电路制造产业中的应用外延工艺是一种在集成电路制造过程中广泛应用的工艺技术。
它通过在硅基材料上形成一个或多个较厚的外延层,使晶体管等器件得以制造和集成。
这种工艺的应用不仅提升了晶体管的性能和质量,还促进了集成电路的封装密度和可靠性。
首先,外延工艺在集成电路制造中的应用体现在提高晶体管性能方面。
通过外延工艺,可以在晶片表面上形成高质量的薄膜材料,这些薄膜可以用于制造不同类型的器件。
例如,外延层可以用于制造MOS晶体管的栅极、源极和漏极等关键部件,从而提高晶体管的导电性和开关速度。
其次,外延工艺在集成电路制造中的应用还体现在提高集成度方面。
外延工艺可以实现不同材料之间的垂直和水平集成。
在垂直集成方面,通过在原有晶片上叠加外延层,可以制造多层晶体管结构,从而提高芯片的功能集成度。
在水平集成方面,外延工艺可以实现在同一晶片上集成不同材料的器件,如光电二极管和磁电传感器等,从而拓宽了集成电路的应用领域。
此外,外延工艺的应用还能提升集成电路的可靠性。
外延层具有较高的晶体质量和良好的晶体匹配性,因此可以有效减少晶体管的漏电流和热噪声等问题,提高电路的稳定性和可靠性。
同时,由于外延层具有良好的电学和机械性能,可以减少封装过程中的应力和热膨胀问题,降低退化和失效的风险。
综上所述,外延工艺在集成电路制造产业中具有广泛的应用。
它可以提高晶体管的性能和质量,拓宽集成度,提升电路可靠性,为集成电路制造业带来更多的发展机遇。
随着科技的不断进步和需求的不断变化,相信外延工艺在集成电路制造领域的应用前景将更加广阔。
当谈及外延工艺在集成电路制造产业中的应用时,有几个关键方面需要考虑。
首先,外延工艺可以实现材料的选择和调控。
在集成电路制造中,选择合适的材料对电路性能至关重要。
通过外延工艺,可以在晶片表面沉积不同材料的薄膜层,例如氮化镓、氮化铝和氮化硅等。
这种材料的选择可以根据电路应用的需求来进行调控,从而实现对电路性能和功耗的优化。
1.外延片指的是在衬底上生长出的半导体薄膜,薄膜主要由P型,量子阱,N型三个部分构成。
现在主流的外延材料是氮化镓(GaN),衬底材料主要有蓝宝石,硅,碳化硅三种,量子阱一般为5个,通常用的生产工艺为金属有机物气相外延(MOCVD)。
这是LED产业的核心部分,需要较高的技术以及较大的资金投入(一台MOCVD一般要好几千万)。
2.外延片的检测一般分为两大类:一是光学性能检测,主要参数包括工作电压,光强,波长范围,半峰宽,色温,显色指数等等,这些数据可以用积分球测试。
二是可靠性检测,主要参数包括光衰,漏电,反压,抗静电,I-V曲线等等,这些数据一般通过老化进行测试。
3.需要指出的是,并没有白光LED芯片,只有白光LED灯珠/管,即需要进行封装才能获得白光小LED灯,也叫灯珠,管子。
白光LED一般通过两种途径获得:一是通过配光,将红绿蓝三色芯片进行配比封装获得白光LED.二是通过荧光粉转换蓝光LED,从而获得白光LED.芯片的制造过程可概分为晶圆处理工序(Wafer Fabrication)、晶圆针测工序(Wafer Probe)、构装工序(Packaging)、测试工序(Initial Test and Final Test)等几个步骤。
其中晶圆处理工序和晶圆针测工序为前段(Front End)工序,而构装工序、测试工序为后段(Back End)工序。
1、晶圆处理工序:本工序的主要工作是在晶圆上制作电路及电子元件(如晶体管、电容、逻辑开关等),其处理程序通常与产品种类和所使用的技术有关,但一般基本步骤是先将晶圆适当清洗,再在其表面进行氧化及化学气相沉积,然后进行涂膜、曝光、显影、蚀刻、离子植入、金属溅镀等反复步骤,最终在晶圆上完成数层电路及元件加工与制作。
2、晶圆针测工序:经过上道工序后,晶圆上就形成了一个个的小格,即晶粒,一般情况下,为便于测试,提高效率,同一片晶圆上制作同一品种、规格的产品;但也可根据需要制作几种不同品种、规格的产品。