集成电路制造工艺北京大学集成电路设计与制造的主要流程框架系统需求设计掩膜版集成电路的设计过程：集成电路的设计过程：设计创意+仿真验证功能要求行为设计（行为设计（VHDL））否行为仿真是综合、优化综合、优化——网表网表否时序仿真是布局布线——版图版图布局布线后仿真是Singoff否—设计业设计业—设计业集成电路芯片设计过程框架From吉利久教授芯片制造过程硅片由氧化、淀积、由氧化、淀积、离子注入或蒸发形成新的薄膜或膜层—制造业—用掩膜版重复20-30次次曝光刻蚀测试和封装集成电路芯片的显微照片Vsspoly栅Vdd布线通道参考孔N+有源区P+集成电路的内部单元(俯视图)集成电路的内部单元(俯视图)沟道长度为0.15微米的晶体管沟道长度为0.15微米的晶体管栅长为90纳米的栅图形照片栅长为90纳米的栅图形照片30?m?100?m?头发丝粗细50?m?30~50?m?(皮肤细胞的大小皮肤细胞的大小)皮肤细胞的大小1?m×1?m??(晶体管的大小晶体管的大小)晶体管的大小90年代生产的集成电路中晶体管大小与人年代生产的集成电路中晶体管大小与人类头发丝粗细、类头发丝粗细、皮肤细胞大小的比较N沟道沟道MOS晶体管沟道晶体管CMOS集成电路互补型集成电路(互补型集成电路)：集成电路互补型MOS集成电路：集成电路目前应用最为广泛的一种集成电路，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。以上。集成电路总数的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，将各种杂质掺掺杂：根据设计的需要，杂在需要的位置上，形成晶体管、杂在需要的位置上，形成晶体管、接触等制膜：制膜：制作各种材料的薄膜图形转换：图形转换：光刻光刻三要素：光刻胶、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、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，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，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正胶：分辨率高，正胶：分辨率高，在超大规模集成电路工艺中，一般只采用正胶工艺中，负胶：分辨率差，适于加工线宽≥3?的负胶：分辨率差，适于加工线宽?m的线条正胶：正胶：曝光后可溶负胶：曝光负胶：后不可溶图形转换：图形转换：光刻几种常见的光刻方法接触式光刻：分辨率较高，但是容易造接触式光刻：分辨率较高，成掩膜版和光刻胶膜的损伤。成掩膜版和光刻胶膜的损伤。接近式曝光：接近式曝光：在硅片和掩膜版之间有一个很小的间隙(10～?，个很小的间隙～25?m)，可以大大减小掩膜版的损伤，小掩膜版的损伤，分辨率较低投影式曝光：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，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三种光刻方式图形转换：图形转换：光刻超细线条光刻技术甚远紫外线(EUV)甚远紫外线(EUV)电子束光刻X射线离子束光刻图形转换：刻蚀技术图形转换：湿法刻蚀：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干法刻蚀：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、(处于激发态的分子、原子及各种原子基团等)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图形转换：刻蚀技术图形转换：湿法腐蚀：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、应用：磨片、抛光、清洗、腐蚀优点是选择性好、重复性好、优点是选择性好、重复性好、生产效率设备简单、高、设备简单、成本低缺点是钻蚀严重、缺点是钻蚀严重、对图形的控制性较差干法刻蚀溅射与离子束铣蚀：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，理轰击作用刻蚀，各向异性性好，但选择性较差等离子刻蚀(PlasmaEtching)：利用放电产生的等离子刻蚀：游离基与材料发生化学反应，形成挥发物，游离基与材料发生化学反应，形成挥发物，实现刻选择性好、对衬底损伤较小，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(ReactiveIonEtching，简称为反应离子刻蚀，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。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，子刻蚀两者的优点，同时兼有各向异