集成电路版图设计5.ppt

第一章集成电路工艺基础及版图设计集成电路的制造需要非常复杂的技术，它主要由半导体物理与器件专业负责研究。VLSI设计者可以不去深入研究，但是有必要了解芯片设计中的工艺基础知识，才能根据工艺技术的特点优化电路设计方案。对于电路和系统设计者来说，更多关注的是工艺制造的能力，而不是工艺的具体实施过程。由于SOC的出现，给IC设计者提出了更高的要求，也面临着新的挑战：设计者不仅要懂系统、电路，也要懂工艺、制造。集成电路设计与制造的主要流程框架集成电路的设计过程：设计创意+仿真验证—制造业—集成电路芯片的显微照片1、电阻率：从电阻率上分，固体分为三大类。在室温下：金属：ρ<0.001Ω·cm半导体：ρ=0.001Ω·cm~10E9Ω·cm绝缘体：ρ>10E9Ω·cm制造集成电路所用的材料主要包括硅（Si）、锗（Ge）等半导体，以及砷化镓（GaAs）、铝镓砷（AlGaAs）、铟镓砷（InGaAs）等半导体的化合物，其中以硅最为常用。2．导电能力随温度上升而迅速增加一般金属的导电能力随温度上升而下降，且变化不明显。但硅的导电能力随温度上升而增加，且变化非常明显。金属是由金属原子组成的晶格和自由电子组成的，实际参与导电的是自由电子。晶格是一直振动的，和分子的热运动相关。金属之所以有电阻是由于晶格对自由电子的定向移动的阻碍。而且由于温度越高，晶格震动越强烈，所以它的阻碍效应就越明显，这是金属电阻随温度升高而变大的原因。对于半导体，它不像金属那样有很多自由电子，它的电子基本都被束缚在原子核上。所以它需要一定的温度或者光来激发，是它的电子获得足够的能量，摆脱原子核的束缚，从而成为能够参与导电的粒子。所以温度升高，能够参与导电的粒子就越多，电阻就越小。3．半导体的导电能力随所含的微量杂质而发生显著变化一般材料纯度在99.9％已认为很高了，有0.1％的杂质不会影响物质的性质。而半导体材料不同，纯净的硅在室温下：＝21400Ω·cm如果在硅中掺入杂质磷原子，使硅的纯度仍保持为99.9999％。则其电阻率变为：＝0.2Ω·cm。因此，可利用这一性质通过掺杂质的多少来控制硅的导电能力。6、P型和N型半导体两种载流子：带负电荷的电子和带正电荷的空穴。纯净硅称为本征半导体。本征半导体中载流子的浓度在室温下：T＝300K当硅中掺入Ⅴ族元素P时，硅中多数载流子为电子，这种半导体称为N型半导体。施主杂质2.工艺类型简介按所制造器件结构的不同，可把工艺分为双极型和MOS型两种基本类型。双极工艺制造的器件，它的导电机理是将电子和空穴这两种极性的载流子作为在有源区中运载电流的工具，这也是它被称为双极工艺的原因。MOS工艺又可分为单沟道MOS工艺和CMOS工艺。单沟道MOS工艺又可分为PMOS工艺和NMOS工艺。2.工艺类型简介根据工序的不同,可以把工艺分成三类：前工序、后工序及辅助工序。1)前工序前工序包括从晶片开始加工到中间测试之前的所有工序。前工序结束时，半导体器件的核心部分——管芯就形成了。前工序中包括以下三类工艺：（1）薄膜制备工艺：包括氧化、外延、化学气相淀积、蒸发、溅射等。（2）掺杂工艺：包括离子注入和扩散。（3）图形加工技术：包括制版和光刻。2.工艺类型简介2)后工序后工序包括从中间测试开始到器件完成的所有工序,有中间测试、划片、贴片、焊接、封装、成品测试等。3)辅助工序前、后工序的内容是IC工艺流程直接涉及到的工序，为保证整个工艺流程的进行，还需要一些辅助性的工序，这些工序有：集成电路工艺单片集成电路工艺集成电路是经过很多道工序制成的。其中最基础的工艺有：生产所需类型衬底的硅圆片工艺；确定加工区域的光刻工艺；向芯片中增加材料的氧化、淀积、扩散和离子注入工艺；去除芯片上的材料的刻蚀工艺。集成电路的制造就是由这些基础工艺的不同组合构成的。1.2.1.硅圆片工艺晶圆尺寸：200mm商用直拉单晶硅半导体产业向前发展的两大启动点:不断扩大晶圆尺寸和缩小芯片特征尺寸半导体产业向前发展的两大启动点:不断扩大晶圆尺寸和缩小芯片特征尺寸1.2.2氧化工艺（Oxidation）－在硅片表面生成一层二氧化硅膜1957年，人们在研究半导体材料的特性时发现二氧化硅层具有阻止杂质侵入的作用。这一发现直接导致了平面工艺技术的出现。2.热氧化原理与方法生长SiO2薄膜的方法有多种，如热氧化、阳极氧化、化学气相淀积等。其中以热氧化和化学气相淀积（CVD）最为常用。（1）热氧化：热氧化生成SiO2薄膜是将硅片放入高温（1000～1200°C）的氧化炉内，然后通入氧气，在氧化环境中使硅表面发生氧化,生成SiO2薄膜。根据氧化环境的不同，又可把热氧化分为干氧法和湿氧法两种。干氧法：如果氧化环境是纯氧气，这种生成SiO2薄膜的方法就称为干氧法。机理：氧气与硅表面的硅原子在高温下以Si+O2=Si