微電子學(xué)概論cha(1)-展示頁
2025-05-10 22:57本頁面
【正文】 ，它主要由半導(dǎo)體物理與器件專業(yè)負(fù)責(zé)研究。 VLSI設(shè)計者可以不去深入研究，但是作為從事系統(tǒng)設(shè)計的工程師，有必要了解芯片設(shè)計中的工藝基礎(chǔ)知識，才能根據(jù)工藝技術(shù)的特點(diǎn)優(yōu)化電路設(shè)計方案。 ? 由于系統(tǒng)芯片 SOC（ System On Chip） 的出現(xiàn)，給 IC設(shè)計者提出了更高的要求，也面臨著新的挑戰(zhàn)：設(shè)計者不僅要懂系統(tǒng)、電路，也要懂工藝、制造。 集成電路的設(shè)計過程： 設(shè)計創(chuàng)意 + 仿真驗(yàn)證 集成電路芯片設(shè)計過程框架 From 吉利久教授 是 功能要求 行為設(shè)計（ VHDL） 行為仿真 綜合、優(yōu)化 —— 網(wǎng)表 時序仿真 布局布線 —— 版圖 后仿真 否 是 否 否 是 Sing off — 設(shè)計業(yè) — — 制造業(yè) — 芯片制造過程 AA 直拉單晶硅 由氧化、淀積、離子注入或蒸發(fā)形成新的薄膜或膜層 曝 光 刻 蝕 硅片 測試和封裝 用掩膜版 重復(fù) 2030次 集成電路芯片的顯微照片 V ss po l y 柵 V dd 布線通道參考孔有源區(qū)N+P+集成電路的內(nèi)部單元 (俯視圖 ) N溝道 MOS晶體管 CMOS集成電路 (互補(bǔ)型 MOS集成電路 )：目前應(yīng)用最為廣泛的一種集成電路，約占集成電路總數(shù)的 95%以上。 光刻膠是對光 、 電子束或者x線等敏感 ， 具有在顯影液中溶解性變化的性質(zhì) ， 同時具有耐腐蝕性的材料 。正型光刻膠受紫外線照射 ， 其感光的部分發(fā)生光分解反應(yīng)溶于顯影液 ， 末感光的部分顯影后仍然留在基片的表面 。 ?光刻膠受到特定波長光線的作用后 ， 導(dǎo)致其化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化 ， 使光刻膠在某種特定溶液中的 溶解特性改變 ?正膠： 分辨率高 ， 在超大規(guī)模集成電路工藝中 ， 一般只采用正膠 ?負(fù)膠： 分辨率差 ， 適于加工線寬 ≥3?m的線條 正膠：曝光后可溶 負(fù)膠：曝光后不可溶 光刻工藝流程示意圖 光刻工藝（ Photolithography) — 將電路圖形轉(zhuǎn)移到晶片上 Design = Mask （掩膜） = Wafer（晶片） 光刻需要的掩模 CMOS電路版圖和斷面構(gòu)造 版圖 Layout 掩模 Mask CMOS工藝中使用的掩模 （與左圖對應(yīng)） IC由不同層次的材料組成的。在每一層上形成不同圖形的過程叫光刻。 在 IC工藝中制作每一層時，都需要用掩模板來確定在什么位置進(jìn)行摻雜、腐蝕、氧化等。在此確定的面積上，進(jìn)行工藝加工。 光刻工序：光刻膠的涂覆 → 爆光 → 顯影 → 刻蝕 → 去膠 光刻的基本要素是掩模板和光刻膠。 ?接近式曝光： 在硅片和掩膜版之間有一個很小的間隙 (10～ 25?m)，可以大大減小掩膜版的損傷，分辨率較低 ?投影式曝光： 利用透鏡或反射鏡將掩膜版上的圖形投影到襯底上的曝光方法，目前用的最多的曝光方式 三、超細(xì)線條光刻技術(shù) ?甚遠(yuǎn)紫外線 (EUV) ?電子束光刻 ?X射線 ?離子束光刻 經(jīng)過光刻后在光刻膠上得到的圖形并不是器件的最終組成部分，光刻只是在光刻膠上形成臨時圖形。完成這種圖形轉(zhuǎn)換的方法之一就是將未被光刻膠掩蔽的部分通過選擇性腐蝕去掉。 ?濺射與離子束刻蝕： 通過高能惰性氣體離子的物理轟擊作用刻蝕 ，各向異性性好，但選擇性較差 ?等離子刻蝕 (Plasma Etching)： 利用放電產(chǎn)生的游離基與材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成揮發(fā)物，實(shí)現(xiàn)刻蝕。具有濺射刻蝕和等離子刻蝕兩者的優(yōu)點(diǎn)，同時兼有各向異性和選擇性好的優(yōu)點(diǎn)。 ? 優(yōu)點(diǎn)：各項(xiàng)異性好，可以高保真的轉(zhuǎn)移光刻圖形； 擴(kuò)散與離子注入 ?摻雜：將需要的雜質(zhì)摻入特定的半導(dǎo)體區(qū)域中，以達(dá)到改變半導(dǎo)體電學(xué)性質(zhì)，形成 PN結(jié)、電阻、歐姆接觸 ?磷 (P)、砷 (As) —— N型硅 ?硼 (B) —— P型硅 ?摻雜工藝：擴(kuò)散、離子注入 一 . 擴(kuò) 散 擴(kuò)散法（ diffusion）是將摻雜氣體導(dǎo)入放有硅片的高溫爐中，將雜質(zhì)擴(kuò)散到硅片內(nèi)的一種方法。 雜質(zhì)橫向擴(kuò)散示意圖 立體示意圖 剖面圖 由于橫向擴(kuò)散，實(shí)際的擴(kuò)散區(qū)寬度將大于氧化層掩蔽窗口的尺寸，對制作小尺寸器件不利 擴(kuò)散方法主要有：固態(tài)源擴(kuò)散、液態(tài)源擴(kuò)散和氣態(tài)源擴(kuò)散 橫向擴(kuò)散使擴(kuò)散區(qū)的四個角為球面狀，引起電場在該處集中，導(dǎo)致 pn結(jié)擊穿電壓降低。 離子注入的主要特點(diǎn)： ? 摻雜的均勻性好 ? 溫度低：小于 600℃ ，可避免高溫過程引起的缺陷。（ 接近垂直射入襯底 ） ? 可以對化合物半導(dǎo)體進(jìn)行摻雜。 離子注入到無定形靶中的高斯分布情況
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