IC工藝的一些概括資料

第五章電子設(shè)備制造基礎(chǔ)本章教學(xué)學(xué)時：2本章主要介紹電子設(shè)備的基本構(gòu)成及電子元器件、集成電路的制造工藝、發(fā)展現(xiàn)狀、殼體及插接件的制造技術(shù)及電子設(shè)備的組裝技術(shù)，以期使讀者對電子設(shè)備的制造有一個整體的了解。本章的重點為電器元件的種類；機電元件的種類；CMOS的工藝流程；SBC工藝流程；整機組裝的工藝過程及要求。學(xué)習(xí)的難點是集成電路的工藝技術(shù)和雙極集成電路制造工藝。本章教學(xué)方式：授課與自學(xué)主要授課內(nèi)容：第一節(jié)電子設(shè)備的基本構(gòu)成一、電抗元件L電阻器電阻器可分為固定電阻器（含特種電阻器）和可變電阻器（電位器）兩大類。.電位器與可變電阻（變阻器）電位器與可變電阻從原理上說是一致的，電位器就是一種可連續(xù)調(diào)節(jié)的可變電阻器。除特殊品種外，對外有三個引出端，靠一個活動端（也稱為中心抽頭或電刷）在固定電阻體上滑動，可以獲得與轉(zhuǎn)角或位移成一定比例的電阻值。.電容器電容器種類繁多，分類方式有多種，通常按絕緣介質(zhì)材料分類，有時按容量是否可調(diào)分類。其中按介質(zhì)材料可分為：有機介質(zhì)、復(fù)合介質(zhì)，無機介質(zhì)，氣體介質(zhì)，電解質(zhì)電容器。.電感器電感器一般又稱電感線圈，在諧振、耦合、濾波、陷波等電路應(yīng)用十分普遍。與電阻器、電容器不同的是電感線圈沒有品種齊全的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，特別是一些高頻小電感，通常需要根據(jù)電路要求自行設(shè)計制作。.變壓器變壓器也是一種電感器。它是利用兩個電感線圈靠近時的互感現(xiàn)象工作的，在電路中可以起到電壓變換和阻抗變換的作用，是電子產(chǎn)品中十分常見的元件。二、 機電元件利用機械力或電信號的作用，使電路產(chǎn)生接通、斷開或轉(zhuǎn)接等功能的元件，稱為機電元件。常見于各種電子產(chǎn)品中的開關(guān)，插接件等都屬于機電元件。.開關(guān)開關(guān)是接通或斷開電路的一種廣義功能元件，種類繁多。.連接器連接器是電子產(chǎn)品中用于電氣連接的一類機電元件，使用十分廣泛。習(xí)慣上把連接器稱為插接件，有時也把連接器中一部分稱為插接件。.繼電器繼電器是一種電氣控制常用的機電元件，可以看作是一種由輸入?yún)⒘浚ㄈ珉?、磁、光、聲等物理量）控制的開關(guān)。三、 半導(dǎo)體分立器件半導(dǎo)體分立器件包括二極管、三極管及半導(dǎo)體特殊器件。四、 集成電路集成電路是在半導(dǎo)體平面管的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，又稱芯片或集成電路塊。集成電路是最能體現(xiàn)電子產(chǎn)業(yè)日新月異、飛速發(fā)展的一類電子元器件。第二節(jié)集成電路制造工藝—、概述集成電路按制造工藝和結(jié)構(gòu)可分為：半導(dǎo)體集成電路，膜集成電路（又可細分為薄膜、厚膜兩類），混合集成電路。通常提到集成電路指的是半導(dǎo)體集成電路，也是應(yīng)用最廣泛、品種最多的集成電路。膜電路和混合電路一般用于專用集成電路，通常稱為模塊。集成電路按半導(dǎo)體工藝分：雙極型電路在硅片上制作雙極型品體管構(gòu)成的集成電路，由空穴和電子兩種載流子導(dǎo)電。MOS電路只有空穴或電子的一種作為載流子導(dǎo)電。雙極型一MOS電路（BIMOS）雙極型品體管和MOS電路混合構(gòu)成集成電路，一般前者作輸出級，后者作輸入級。二、集成電路的工藝技術(shù)集成電路的生產(chǎn)過程實際上是順次運用不同的工藝技術(shù)，最終在硅片上實現(xiàn)有效的圖形和電學(xué)結(jié)構(gòu)的過程。.阱工藝結(jié)構(gòu)在硅襯底上所形成的不同摻雜類型的襯底稱為阱。阱由離子注入和擴散形成，摻雜為N型稱為N型阱，摻雜為P型稱為P型阱。在同一硅片上形成N型阱和P型阱，稱為雙阱。利用高能的離子注入，不經(jīng)過擴散.直接在硅片中的某一深度上形成雜質(zhì)分布，稱為倒裝阱。倒裝阱的特點是不同阱之間橫向擴散少，阱表面濃度較低，有利于器件特性的改善。.器件隔離集成電路中的各個單元是按相同的工藝步驟同時形成的，為了保持單個器件相對獨立的工作特性，需要進行器件隔離。器件隔離的方式主要有局域氧化隔離和淺溝槽隔離兩種。局域氧化隔離局域氧化隔離是傳統(tǒng)占據(jù)統(tǒng)治地位的器件隔離技術(shù)，它是利用了氧在氮化硅薄膜中擴散極慢的特性，從而使得被氮化硅覆蓋的硅層在氧化過程中極難生成氧化物，由此在硅片上實現(xiàn)了隔離區(qū)被選擇氧化的結(jié)果。淺溝槽隔離淺溝槽隔離是一種全新的器件隔離方法，它可以在全平坦化的條件下使“鳥嘴”區(qū)寬度接近于零，目前已成為0.25m以下集成電路生產(chǎn)過程中的標(biāo)準(zhǔn)器件隔離技術(shù)。局域氧化隔離和淺溝隔離的工藝步驟如圖5-1所示。

.薄柵氧化柵氧化層是構(gòu)成MOS器件的關(guān)鍵介質(zhì)層.它在控制器件的驅(qū)動能力大小、抑制短溝道效應(yīng)、提高可靠性等方面有著重要的作用。.金屬化被隔離的單個MOS器件需要連接起來構(gòu)成復(fù)雜的電路。器件和器件之間通過金屬線連接，金屬線和器件通過歐姆接觸相連，同時對MOS器件使用金屬硅化工藝，這些工藝過程統(tǒng)稱為金屬化。.源漏工程與淺結(jié)MOS器件中理想的源漏區(qū)是單一的PN結(jié)，在保證一定的表面濃度條件下，減少源漏延伸區(qū)的結(jié)深，已成為MOS技術(shù)中的關(guān)鍵問題之一。源漏延伸區(qū)的結(jié)深不僅指縱向的結(jié)深，也指橫向的結(jié)深?？v向結(jié)深通常通過降低離子注入能量、提高退火效率來實現(xiàn)，也有用預(yù)無定形注入、等離子浸潤等技術(shù)的。橫向結(jié)深的減少也就是降低雜質(zhì)橫向擴散分量，除了上述技術(shù)外，還可采用大角度注入反型雜質(zhì)離子技術(shù)，也稱為“暈圈”技術(shù)。.多層互連多層互連技術(shù)圖5-2展示了當(dāng)前最先進的多層互連結(jié)構(gòu)，主要包括局域互連、金屬連線、上下層金屬線間的互連等，金屬連線之間需要用絕緣介質(zhì)層進行隔離，該絕緣層稱為“層間(絕緣)介質(zhì)層(ILD)”，同時它也是上層金屬線的物理支撐體。PECVDSiN/SiOj鈍化層）五層Cu互連線雙嵌入工藝W擴散阻擋層PECVDSiN/SiOj鈍化層）五層Cu互連線雙嵌入工藝W擴散阻擋層S'NJSiOz腐蝕/CMP阻擋層.低人層間介質(zhì)第一層絕'緣介質(zhì)層''鴇插塞(Wplug)圖5-2Cu線+低k的雙嵌入多層互連工藝圖5-3不同平坦化技術(shù)的對比平坦化技術(shù)層間介質(zhì)層未作平坦化、部分平坦化、局域平坦化和全局平坦化的區(qū)別，如圖5-3所示。化學(xué)機械拋光技術(shù)化學(xué)機械拋光實現(xiàn)全局平坦化。圖5-4展示了化學(xué)機械拋光設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和化學(xué)機械拋光工藝的基本過程。圖5-4CMP的基本結(jié)構(gòu)和工藝過程插塞工藝和金屬通孔填充由于層間介質(zhì)層厚度較大，使得連接上下金屬線用的通孔變得較深，對于一般的金屬濺射淀積將會存在嚴(yán)重的工藝缺陷，包括臺階斷裂和空洞的形成。利用專門的插塞工藝，即淀積通孔中金屬的專用工藝可解決這一問題。主要方法有“鎢填充回刻”和“高溫鋁”技術(shù)。“Cu十雙嵌入工藝+低k是最新的多層互連技術(shù)，已在0.18Rm集成電路技術(shù)中使用，預(yù)計在0.13rm集成電路技術(shù)占據(jù)統(tǒng)治地位。該工藝中使用金屬銅(Cu，電阻率小于2.0心?cm)作為連接線，其工藝如圖5-5所示。該技術(shù)的特點是在平坦化層間介質(zhì)后，在介質(zhì)層上刻蝕出金屬連線用的凹槽，再淀積金屬銅化學(xué)電鍍，接著用CMP除去多余的金屬，留下了所需的金屬連線。圖5-5圖5-5雙嵌入工藝三、集成電路的制造工藝1.MOS電路的制造工藝MOS電路的種類較多，但其基本單元均為MOS晶體管。圖5-6為p-MOS集成電路制造工藝及其管芯結(jié)構(gòu)，其工藝過程如下：

（1） 硅片制備。（2） 一次氧化。（3） 一次光刻，刻出源區(qū)和漏區(qū)的窗口圖形。（4） 硼擴散，分預(yù)淀積和再分布兩步進行，形成P型源區(qū)和漏區(qū)。（5） 二次光刻，刻掉導(dǎo)電溝道上的氧化層。（6） 二次氧化，在高溫爐中形成柵極氧化層。控制柵極氧化層的厚度和純度，是制造MOS電路的關(guān)鍵工藝，因為柵極氧化層的質(zhì)量決定了晶體管的開啟電圖 5-6p-MOS集成電路制造工藝及其管芯結(jié)構(gòu)壓及管子工作的可靠性和穩(wěn)定性。（7） 磷鈍化，為防止鈉離子侵入氧化層而影響晶體管的開啟電壓，故在高溫爐中使硅片氧化層表面生成一層磷硅玻璃，用以吸收氧化層中的鈉離子，提高MOS電路的穩(wěn)定性。這種處理方法稱為磷鈍化。（8） 三次光刻，刻蝕電極引線孔。（9） 蒸鋁，用真空蒸發(fā)的方法，在硅片表面淀積一層厚約1〃m的鋁膜或硅-鋁合金膜。（10） 四次光刻，又稱反刻或刻鋁，刻蝕出電極引線圖形。（11） 合金化處理。（12） 初測、劃片。（13） 選片（剔除廢品）。（14） 燒結(jié)。（15） 引線鍵合。（16） 封裝、老煉、總測、打印、包裝等工藝過程。2?雙極集成電路制造工藝雙極集成電路就是以雙極晶體管作為有源元件的集成電路。雙極集成電路具

有高速和極大的靈通性，所以在集成電路發(fā)展到巨大規(guī)模的今天，硅雙極技術(shù)在一系列數(shù)字和模擬應(yīng)用中依然具有相當(dāng)大的吸引力。但是雙極的主要缺點是集成度低，功耗大，所以主要用于小規(guī)模(SSI)和中等規(guī)模(MSI)的集成電路中。集成電路中的基本元件包括有源元件和無源元件，無源元件主要包括電阻、電容和電感。極電路的有源元件有二極管、NPN管、橫向PNP管、襯底PNP管等。集成電路的制造采用的是平面工藝，就是說所有的元件都是平面管，電極都是在一個平面上，這與分離元件有所不同。雙極集成電路的制造工藝所需工藝手段和CMOS基本相同，只是多需要一種技術(shù)，下面介紹最基本的雙極集成電路工藝(用PN結(jié)隔離的標(biāo)準(zhǔn)埋層工藝(SBC))，以NPN為例。其器件形成過程如圖5-7所示。襯底準(zhǔn)備襯底用輕摻雜的P型硅。埋層形成埋層是為了減小集電區(qū)體電阻。先在襯底上長一層二氧化硅，光刻出埋層區(qū)，干法刻掉埋層區(qū)的氧化硅，然后注入N型雜質(zhì)(磷、神或碲)，退火激活雜質(zhì)并使其擴散，(圖5-7a)。

外延層生長用濕法刻去全部二氧化硅，然后外延一層輕摻雜N型外延硅后注人硼，退火使其擴散就形成基區(qū)。要注意注入硼的能量和劑量，這對器件的性能影響特別大，(圖5-7e)。層。雙極器件主要就是做在這層外延層上，(圖5-7b)(4)隔離區(qū)形成再長一層二氧化硅，光刻出隔離區(qū)，刻掉該區(qū)的氧化層，預(yù)淀積硼，并退圖5-7SBC工藝流程示意圖火使其擴散，從而形成P型的隔離區(qū)，(圖5-7c)層。雙極器件主要就是做在這層外延層上，(圖5-7b)(4)隔離區(qū)形成再長一層二氧化硅，光刻出隔離區(qū)，刻掉該區(qū)的氧化層，預(yù)淀積硼，并退圖5-7SBC工藝流程示意圖火使其擴散，從而形成P型的隔離區(qū)，(圖5-7c)。(5)深集電極接觸形成 深集電極接觸也是為了降低集電極體電阻，光刻出集電極，注入(或擴散)磷，退火激活并擴散，（圖5-7d）。a)埋房注入(6)基區(qū)形成光刻基區(qū)，然(7)發(fā)射區(qū)形成基區(qū)長一層氧化層，光刻出發(fā)射區(qū)，磷擴散或注入圖5-7雙極型集成電路的制備工藝神，并退火形成發(fā)射區(qū)，(圖5-7f)。(8)金屬接觸和布線淀積一層二氧化硅，光刻并十法刻出接觸孔，該孔用來引出電極?？變?nèi)濺射金屬形成歐姆接觸，淀積鋁作為金屬連接層，再光刻并刻出連線層金屬，淀積一層鈍化層并退火，用版8光刻和一步刻蝕形成壓焊塊，(圖5-7g)。四、集成電路的封裝技術(shù)集成電路的封裝是指將電路的芯片封固在一定的外殼之中，以提供電連接及機械和環(huán)境保護。封裝的方法隨外殼的種類而異，其主要目的是阻止來自外界的沖擊和潮氣等，以保護內(nèi)部芯片和鍵合部位，其次是為了易于安裝在印刷電路板上。封裝的形式有雙列直插式、扁平封裝及普通的金屬圓形、菱形封裝，如圖5-8所示。雙列直插式使用的材料有塑料、黑陶瓷及金屬陶瓷幾種。其特點是成本低、強度大、使用