集成电路工艺制造讲座电子教案

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
N+
P+
有源区
集成电路的内部单元(俯视图)
晶体管光学照片
8mm低噪声放大器版图
晶体管SEM照片
沟道长度为0.15微米的晶体管 栅长为90纳米的栅图形照片
100 m 头发丝粗细
30m
50m 30~50m (皮肤细胞的大小)
1m 1m (晶体管的大小)
90年代生产的集成电路中晶体管大小与人 类头发丝粗细、皮肤细胞大小的比较
N沟道MOS晶体管
CMOS集成电路(互补型MOS集成电路)： 目前应用最为广泛的一种集成电路，约占 集成电路总数的95%以上。
集成电路制造工艺
• 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
• 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
• 制膜：制作各种材料的薄膜
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
行为仿真
是
综合、优化——网表
否 时序仿真
是 布局布线——版图
—设计业—
后仿真 是
Sing off
集成电路芯片设计过程框架
否
From 吉利久教授
芯片制造过程 —制造业—

掺杂工艺（Doping）
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。
掺入的杂质主要是： 磷(P)、砷(As) —— N型硅 硼(B) —— P型硅 掺杂工艺主要包括：扩散（diffusion)、离
子注入(ion implantation)。
亮场版和暗场版
曝光的几种方法
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 (10～25mm)，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。（特 征尺寸：0.25m)
❖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)： 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。
–激活杂质：使不在晶格位置上的离子运动到晶格 位置，以便具有电活性，产生自由载流子，起到 杂质的作用。
–消除损伤
❖ 退火方式：
–炉退火
–快速退火：脉冲激光法、扫描电子束、连续波激 光、非相干宽带频光源(如卤光灯、电弧灯、石墨 加热器、红外设备等)。
氧化（Oxidation）
❖ 氧化：制备SiO2层 ❖ SiO2 是 一 种 十 分 理 想 的 电 绝 缘 材 料 ， 它 的 化 学 性

6. AA光刻处理。
7. 量测AA光刻的关键尺寸（CD）。收集刻蚀后的AA关键尺 寸数据，检查AA关键尺寸是否符合产品规。
8. 量测AA套刻，收集曝光之后的AA与第零层的套刻数据。
9. 检查显影后曝光的图形。
PW NW PW NW PW NW
A AA掩膜版
P-sub P-sub P-sub
PW NW PW NW PW NW
AA关键尺寸是否符合产品规。 4. 检查刻蚀后的图形。如果有重大缺陷，将不可能返工，要进行
报废处理。 5. 去除氧化层。
PW NW
P-sub
PW NW
PW NW
P-sub
PW NW
PW NW
P-sub
PW NW
7
LOCOS隔离工艺
1. 清洗。 2. 生长LOCOS场氧。 3. 湿法刻蚀去除Si3N4。 4. 湿法刻蚀去除前置氧化层。
1
《集成电路制造工艺与工程应用》讲义 2018/09/28
亚微米工艺制程整合前段工艺
a) 衬底制备 b) 双阱工艺 c) 有源区工艺 d) LOCOS隔离工艺 e) 阈值电压离子注入工艺 f) 栅氧化层工艺 g) 多晶硅栅工艺 h) 轻掺杂漏（LDD）离子注入工艺 i) 侧墙工艺 j) 源漏离子注入工艺
2
衬底制备
《集成电路制造工艺与工程应用》讲义 2018/09/28
1. 衬底选材。选用P型晶圆材料裸片做为衬底，电阻率为
8~12ohm/cm，晶向为<100>。
P-sub
2. 清洗。利用化学和物理的方法清除衬底自然氧化硅的同时
将晶圆表面的杂质尘粒、有机物和金属离子。
3. 生长初始氧化硅。利用炉管热氧化生长一层二氧化硅薄膜，

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CMOS工艺特征尺寸发展进程
年份 1989年 1993年
特征尺寸 1.0µm
0.6µm
水平标志 微米（M） 亚微米 （SM）
集成电路的发展历史
集成电路 Integrated Circuit，缩写IC
通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、二极管等 有源器件和电阻、电容等无源器件，按照一定的电 路 互连，“集成”在一块半导体单晶片（如硅或砷化 镓） 上，封装在一个外壳内，执行特定电路或系统功能
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集成电路发明人，诺贝尔物理学奖（2000年）得主， Kilby博士来复旦给师生讲课，2001年5月
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