2022年2022年集成电路制造综述 .pdf

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1、集成电路制造综述系 、 部：电气与信息工程系学生姓名：指导教师：专业：电子信息工程班级：电子 0801 班完成时间：2011 年 11 月摘要名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 8 页 - - - - - - - - - 随着电子技术的发展及各种电器的普及，集成电路的应用越来越广， 生活中的手机、电脑和许多的电子产品中都存在着集成电路。过去几十年集成电路发展迅速，成为发展最快的高新产业技术之一。而集成电路制造又是集成电路研制中非常重要的一个环节。将各种电子元器

2、件以相互联系的状态集成到半导体材料或者绝缘体材料薄膜片子上， 再用一个管壳将其封装起来，构成一个完整的、 具有一定功能的电路或系统。就是集成电路了。集成电路的制造工艺在不断的进步，在全球电子工业急速发展的情况下，集成电路的制作工艺作为集成电路的实现手段，在可测型和可设计型两个基础上必然复杂化， 这就要求集成电路制作工艺越来越先进以满足设计要求。未来集成电路往纳米方向前进，其工艺制作要求也越来越严格。关键字：集成电路、半导体ABSTRACT With the development of electronic technology and the popularity of all sorts

3、of electric equipment, integrated circuit used more and more widely, in the life of the mobile phones, computers and many of the electronic products there is integrated circuit. Over the past decades integrated circuit development is rapid, being the fastest growing hi-tech industry technical one. A

4、nd integrated circuit production and development of integrated circuit is very important link. All sorts of electronic components to contact each other state of integrated into semiconductor materials or insulation material film on film, garnish with a tube and shell the bundle, constitute a complet

5、e, has some function of a circuit or system. Is the integrated circuit. Integrated circuit in the manufacturing process of continuous Keywords: IC, semiconductor名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 8 页 - - - - - - - - - 前言集成电路（IC）设计是集成电路研制中一个非常重要的环节，集

6、成电路作为一种半成品， 对于整机系统的重要性非常之大。集成度的提高直接影响设计成本和设计周期，着就要求在设计集成电路的时候重视制作工艺以及可设计性和可测性。中国的经济稳定增长，IC 技术一方面作为社会信息化的关键技术，直接关系到国家的烟叶竞争力合国家信息安全。在此同时，全球信息领域都加大了对IC的研制和开发， IC 的发展标志着一个国家的地位和综合国力。作为发展最快的高新产业技术之一， IC 无疑影响着未来信息的趋势。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 8 页

7、 - - - - - - - - - 1 集成电路介绍集成电路具有体积小，重量轻，引出线和焊接点少，寿命长，可靠性高，性能好等优点，同时成本低，便于大规模生产。它不仅在工、民用电子设备如收录机、电视机、计算机等方面得到广泛的应用，同时在军事、通讯、遥控等方面也得到广泛的应用。 用集成电路来装配电子设备， 其装配密度比晶体管可提高几十倍至几千倍，设备的稳定工作时间也可大大提高。（一）按功能结构分类集成电路按其功能、 结构的不同， 可以分为模拟集成电路和数字集成电路两大类。模拟集成电路用来产生、 放大和处理各种模拟信号 （指幅度随时间边疆变化的信号。例如半导体收音机的音频信号、录放机的磁带信号等）

8、，而数字集成电路用来产生、 放大和处理各种数字信号 （指在时间上和幅度上离散取值的信号。例如 VCD 、DVD 重放的音频信号和视频信号） 。（二）按制作工艺分类集成电路按制作工艺可分为半导体集成电路和薄膜集成电路。膜集成电路又分类厚膜集成电路和薄膜集成电路。（三）按集成度高低分类集成电路按集成度高低的不同可分为小规模集成电路、中规模集成电路、大规模集成电路和超大规模集成电路。（四）按导电类型不同分类集成电路按导电类型可分为双极型集成电路和单极型集成电路。双极型集成电路的制作工艺复杂，功耗较大，代表集成电路有TTL、ECL、HTL、LST-TL 、STTL 等类型。单极型集成电路的制作工艺简单

9、，功耗也较低，易于制成大规模集成电路，代表集成电路有CMOS、NMOS 、PMOS 等类型。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 8 页 - - - - - - - - - 2 集成电路制造2.1 图形转换图形转换是将设计在掩膜板上的图形转换到半导体单晶片上。光刻是图形转换的一种方式我们着重介绍光刻工艺和刻蚀技术。光刻技术：通过一系列生产步骤将晶圆表面薄膜的特定部分除去的工艺在此之后，晶圆表面会留下带有微图形结构的薄膜。被除去的部分可能形状是薄膜内的孔或是残留的

10、岛状部分。光刻的方法有很多种其中接触光刻、投影光刻、电子束光刻，在集成电路的制造过程中用的较多。 一般的光刻工艺工序有硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、刻蚀 、检测等工序。光刻的三要素：光刻胶、掩膜板和光刻机。光刻胶又称为光致抗蚀胶，它由光敏化合物、基体树脂和有机溶剂等混合而成的胶状液体。光刻胶的特性是当它受到特定波长光线的作用后，导致其化学结构发生变化，是光刻胶在某种特定溶液中的溶解特性改变。光刻胶中有正胶和负胶之分，它们的区别在于正胶分辨率高，在超大规模集成电路工艺中一般只采用正胶，正胶这种方式它是曝光后可溶的。负胶分辨率差适于加工线宽大于等于3 微米的

11、线条，它是曝光后不可溶的。光刻工艺首先需要制备掩膜板。掩膜板上的图形可以与最后完成的芯片上的图形有同样的尺寸或是该尺寸的整数倍。掩膜板制作在不同类型的石英玻璃上进行。在玻璃的一面有形成图形的不透光层，大多数掩膜的不透光层是铬层。光刻机有三种类型: 接触式光刻机、投影光刻机和接近式光刻机。刻蚀技术：刻蚀技术是在半导体 工艺，按照掩模图形或设计要求对半导体衬底表面或表面覆盖薄膜进行选择性腐蚀或剥离的技术。主要分为湿法刻蚀和干法刻蚀湿法刻蚀：利用液态化学试剂或溶液通过化学反应进行刻蚀的方法。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - -

12、- 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 8 页 - - - - - - - - - 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干蚀刻是一类较新型，但迅速为半导体工业所采用的技术。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，但选择性较差等离子刻蚀：利用放电产生的游离基与材料发生化学反

13、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：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。2.2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。掺杂工艺包括有扩散和离子注入。扩散有三种分别为替位式扩散、间隙式扩散和退火处理。替位式扩散：杂质离子占据硅原子的位：、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

14、扩散的掩蔽层。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67 个数量级。离子注入是将具有很高能量的杂质离子射入半导体衬底中的掺杂技术，掺杂深度由注入杂质离子的能量和质量决定，掺杂浓度由注入杂质离子的数目(剂量 )决定，掺杂的均匀性好，温度低：小于600，可以精确控制杂质分布，可以注入各种各样的元素，横向扩展比扩散要小得多，可以对化合物半导体进行掺杂。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 8 页 - - -

15、- - - - - - 退火：也叫热处理，集成电路工艺中所有的在氮气等不活泼气氛中进行的热处理过程都可以称为退火。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，起到杂质的作用还可以消除损伤。退火方式分为炉退火和快速退火可以用脉冲激光法、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)。2.3 制膜顾名思义就是制作各种材料的薄膜。制膜可以非为三大类分别为热氧化工艺、化学气相淀积（CVD）和物理气相淀积（ PVD） 。. 热氧化工艺分为干法氧化和湿法氧化。SiO2 是一种十分理想的电绝缘材料，它的化学性质非常稳定，室温下它只

16、与氢氟酸发生化学反应。化学汽相淀积(CAD) ：通过气态物质的化学反应在衬底上淀积一层薄膜材料的过程CVD技术特点：具有淀积温度低、薄膜成分和厚度易于控制、均匀性和重复性好、台阶覆盖优良、适用范围广、设备简单等一系列优点,CVD 方法几乎可以淀积集成电路工艺中所需要的各种薄膜，例如掺杂或不掺杂的SiO2、多晶硅、非晶硅、氮化硅、金属 (钨、钼 )等。化学气相淀积有三种方法：常压化学汽相淀积 (APCVD) ，低压化学汽相淀积(LPCVD) ，等离子增强化学汽相淀积 (PECVD) 。单晶硅的化学汽相淀积(外延 )：一般地，将在单晶衬底上生长单晶材料的工艺叫做外延，生长有外延层的晶体片叫做外延片

17、，二氧化硅的化学汽相淀积：可以作为金属化时的介质层，而且还可以作为离子注入或扩散的掩蔽膜，甚至还可以将掺磷、硼或砷的氧化物用作扩散源。低温 CVD 氧化层：低于500中等温度淀积：500800高温淀积： 900左右多晶硅的化学汽相淀积：利用多晶硅替代金属铝作为MOS器件的栅极是MOS 集成电路技术的重大突破之一，它比利用金属铝作为栅极的MOS 器件性能得到很大提高，而且采用多晶硅名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 8 页 - - - - - - - - - 栅

18、技术可以实现源漏区自对准离子注入，使MOS 集成电路的集成度得到很大提高。氮化硅的化学汽相淀积：中等温度(780820)的 LPCVD或低温 (300) PECVD 方法淀积。物理气相淀积（PCD） ：蒸发：在真空系统中，金属原子获得足够的能量后便可以脱离金属表面的束缚成为蒸汽原子，淀积在晶片上。 按照能量来源的不同，有灯丝加热蒸发和电子束蒸发两种。溅射：真空系统中充入惰性气体，在高压电场作用下，气体放电形成的离子被强电场加速，轰击靶材料，使靶原子逸出并被溅射到晶片上。3 总结集成电路是换代节奏快、技术含量高的产品。集成电路的制造凸显的尤为重要，由于世界经济的复苏，时代的变化，人们生活水平的不

19、断提高，提倡节能减排的各种环境因素。电子产品不断更新，发现集成电路的制造很关键。为了适应市场需求集成电路的集成化不断的加强，对于集成电路的制造的挑战从来没有间断过。所以说集成电路的制造工艺在今后的大环境中将会是比较有前景的。4 参考文献1现代 集成电路制造 工艺原理，李惠军，版本：第 1 版，山东大学出版社;2007 2集成电路的制造工艺，史小波，版本：第 3 版，电子工业出版社2009 3杨之廉 .超大规模集成电路设计与方法学导论.清华大学出版社，1999 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 8 页 - - - - - - - - -