IC工藝技術(shù)9雙極型集成電路工藝技術(shù)課件

集成電路工藝技術(shù)講座

第九講雙極型集成電路工藝技術(shù)雙極集成電路工藝技術(shù)集成電路中的晶體管和無源器件工藝和設(shè)計的界面－設(shè)計手冊PN隔離雙極工藝流程先進雙極工藝工藝和器件模擬在工藝設(shè)計中的應(yīng)用（一）集成電路中的晶體管

和無源器件NPN晶體管結(jié)構(gòu)外延和隔離埋層和深集電極PNP晶體管集成電阻和電容集成電路中的PNP體管集成電路中的PNP體管集成電阻pn金屬集成電容NP+金屬介質(zhì)層（二）工藝和設(shè)計的界面－設(shè)計手冊器件和工藝指標(biāo)設(shè)計規(guī)則簡要工藝流程和光刻版順序光刻版制作要求PCM文件模型參數(shù)2um18VspecParameterSymbolMinTypMaxUnitNPNtransHfe80140250Bvceo1835-VLPNPtransHfe100250400Bvceo1840-VIsoBVBviso2035-VFieldVthVth182536VCapacit.CAP8.510.612.7PfImplantRIR18.4k23k27.6kΩ設(shè)計規(guī)則－設(shè)計與工藝制作的接口目的：使芯片尺寸在盡可能小的前提下，避免線條寬度的偏差和不同層版套準(zhǔn)偏差可能帶來的問題，以提高電路的成品率內(nèi)容：根據(jù)實際工藝水平(包括光刻特性、刻蝕能力、對準(zhǔn)容差等)，給出的一組同一工藝層及不同工藝層之間幾何尺寸的限制，主要包括線寬、間距、覆蓋、露頭、面積等規(guī)則，分別給出它們的最小值，2um18V設(shè)計規(guī)則例BPaminwidth4umbclearancetoBN8umBN2.bISOIslandBP2.a2.cISOIslandDummyislandIsland2um18V設(shè)計規(guī)則例DeepN+aMin.Width4.0umcBNextensionDN1.0umdClearancetoBP9.0umBNDNDN3.a3.c3.b3.b3.eISOIslandBP3.d2um18V設(shè)計規(guī)則例N+Emittera1Min.width4.0umiPBASextensionNEMT1.5umjSpaceNEMT3.0umIslandISO(BP)IR7.a8.bBN8.cDNPBASSNSN8.aXBAS8.e8.d8.g8.i8.hSN8.j8.fNPNTransistor8.h8.iPBASXBASNEMTisland8.a2um18V設(shè)計規(guī)則例contacta1Min.Width2.0umbXBASextensionBCONT1.0umNPNXBASSNBCONTTOPBAS10.a1,210.b10.c10.d10.e10.cBCONTNEMTBCONTTOBCONTTOBCONTTO10.a22um18V設(shè)計規(guī)則例MetalaMin.width3.0umeSpace2.0umunder500umparallellinefSpace3.0umOver500umparallellineM112.aSN12.c12.f12.eCO12.gPAD12.hM1M112.iCAP12.dBriefProcessflow&MaskSequence12*Pbasephoto13*PBASimplant14*Implanterresistorphoto15*Resistorimplant16*ExtrinsicPbasephoto17*XBASimplant18Drive-in19NEmitterphoto/etch20NEMTimplant21NEMTdrive-in22Capacitorphoto/etchBriefProcessflow&MaskSequence23Capacitoroxidation24Si3N4deposition25Contactphoto/etch26Metal1deposition27Metal1photo/etch28Oxidedeposition29Viaphoto/etch30Metal2deposition31Metal2photo/etch33USG/SiNDeposition33Padphoto/etch34Alloy制版信息光刻機類型和光刻版大小制版工具（圖形發(fā)生器，電子束制版）版材料（石英，低膨脹玻璃）制版精度芯片和劃片槽尺寸套準(zhǔn)和CD標(biāo)記PCM圖形插入方案PCM（三）PN結(jié)隔離雙極工藝流程（2um18V）雙極IC工藝流程N+埋層光刻和Sb+注入P(111)Sub10-20-cm75kev4.5E15cm-2N+埋層版雙極IC工藝流程P埋層光刻和B+離子注入PSubN+50kev4E14cm-2P埋層版雙極IC工藝流程外延PSubN-EpiN+埋層18V8.00.5um1.70.2cm36V13.50.8um4.30.43cm外延層參數(shù)選擇外延電阻率應(yīng)主要滿足BVbco的要求，可查BV~Nd曲線外延厚度>Xjbc+Wbc+Wbn基區(qū)埋層XjbcWbcEpiWbn外延層的質(zhì)量評價外延電阻率外延厚度畸埋層圖形偏移，畸變及對策缺陷（特別在有埋層圖形處）雙極IC工藝流程外延后氧化－DN光刻－磷予淀積(5.40.5/sq)－磷擴散PSubN-EpiN+埋層DN版雙極IC工藝流程去除全部氧化層，重新生長PAD氧化層PSubN-EpiN+埋層雙極IC工藝流程基區(qū)(PBAS)光刻和B+注入B+注入PSubN-EpiN+埋層80kev4.1E14cm-2基區(qū)版雙極IC工藝流程外基區(qū)(XBAS)（隔離）光刻B+注入PSubN-EpiN+埋層80kev4.1E14cm-2光刻膠基區(qū)和非本征基區(qū)基區(qū)（本征基區(qū)），外基區(qū)（非本征基區(qū)，濃基區(qū)）非本征基區(qū)作用減小基區(qū)串聯(lián)電阻（提高功率增益）減小噪聲隔離（XBAS)版雙極IC工藝流程基區(qū)（隔離）推進PSubN-EpiN+埋層Rs=2238/sqXj=1.5um單向隔離和對通隔離單向隔離和對通隔離對通隔離優(yōu)點減少隔離時間（尤其在外延層厚時）減少橫向擴散，從而可減少隔離區(qū)寬度上隔離和XBAS可合用一塊版

雙極IC工藝流程發(fā)射區(qū)光刻－磷注入－擴散PSubN-EpiN+埋層Rs=7.90.8/sqXj=1.0um發(fā)射區(qū)版雙極IC工藝流程－制作電容Ｐ基區(qū)發(fā)射區(qū)Ｎ+氮化硅450A氧化硅1500A電容版雙極IC工藝流程接觸孔光刻PSubN-EpiN+埋層接觸孔版雙極IC工藝流程金屬連線PSubN-EpiN+埋層金屬1版通孔版金屬2版雙層金屬布線壓點（PAD）版工藝控制計劃（例）工藝名稱控制項目控制值抽樣大小抽樣頻率外延厚度8.0±0.5um5點/1片1片/Lot外延電阻率1.7±0.2cm5點/1片1片/LotDN予淀積方塊電阻5.4±0.5/sq5點/1片2片/Run基區(qū)推進氧化層厚6000

±600A5點/1片2片/Run基區(qū)推進方塊電阻223±8/sq5點/1片1片/Lot發(fā)射光刻ADICD4.0±0.4um5點/1片1片/Lot發(fā)射光刻AEICD4.6±0.5um5點/1片1片/Lot（四）先進雙極工藝雙極型晶體管尺寸的縮小氧化物隔離雙極工藝多晶硅發(fā)射極雙極工藝雙極型晶體管尺寸的縮小氧

化

物

隔

離

的

雙

極

晶

體

管氧化物隔離雙極工藝氧化物隔離雙極工藝氧化物隔離雙極工藝多晶硅發(fā)射極晶體管多晶硅發(fā)射極晶體管雜質(zhì)分布多晶硅發(fā)射極雙極工藝(1)多晶硅發(fā)射極雙極工藝(2)多晶硅發(fā)射極雙極工藝(3)模擬雙極IC工藝特點(1)器件特性的精度要求高組成差分對的晶體管特性如,Vbe一致性好要求晶體管有較大的放大倍數(shù)>100要求輸出晶體管有較大的驅(qū)動能力Vce(sat)小,例：0.11-0.21mV(Ic=1mA,Ib=100uA)要求晶體管的線性度好

(1uA)/(100uA)例：70-110%模擬雙極IC工藝特點(2)pnp晶體管橫向和縱向pnp晶體管電容大容量MOS電容0.35-0.5fF/um2電阻寬范圍擴散電阻10-100/sq注入電阻0.5-2k/sq夾斷電阻5-20k/sq縱向pnp晶體管PSub

P+埋層P+P+n+基區(qū)nn-epin+埋層（五）工藝和器件模擬在工藝設(shè)計中的應(yīng)用雙極工藝模擬(SUPREM3)TITLE:BipolarDevice(SB20A):ActiveRegion.#Initializethesiliconsubstrate.Initialize<111>SiliconBoronResistivity=15Thick=10.\dX=.02xdX=.05Spaces=200#Growinitialoxidation=7500ADiffusionTemperature=1100Time=70WetO2#Etchtheoxideovertheburiedlayerregions.EtchOxide#Growimplantedoxide(175A)forBNlayeroxidationDiffusionTemperature=875Time=20DryO2#Implantanddrive-intheantimonyburiedlayerImplantAntimonyDose=4.8e15Energy=75DiffusionTemperature=1225Time=360N2DiffusionTemperature=1225Time=120DryO2雙極工藝模擬(SUPREM3)EtchOxide#Grow9.5micronofphosphorusdopedepi.EpitaxyTemperature=1180Time=13Growth.Rate=0.8\PhosphorusGas.Conc=3e15#EPIinitialoxidationDiffusionTemperature=1100Time=120WetO2#ISOphoto#ISOimplantoxidationDiffusionTemperature=1000Time=200DryO2#ISOimplantImplantBoronDose=5E15Energy=130#ISOpre-driveDiffusionTemperature=1175Time=180Nitrogen#ISOdriveDiffusionTemperature=1100Time=60WetO2雙極工藝模擬(SUPREM3)#Deepcollectorpre-depDiffusionTemperature=980Time=45c.phosphorus=5e18#GetteroxidationDiffusionTemperature=900Time=60DryO2#DeepcollectordriveDiffusionTemperature=1200Time=150DryO2#OxideremovalEtchoxide#ReoxidationDiffusionTemperature=1100Time=30DryO2DiffusionTemperature=1100Time=95WetO2#EtchtheoxideforbaseregionEtchOxide雙極工藝模擬(SUPREM3)#Movethefinegridtothesurface.GridLayer.1Xdx=0.#GrowoxideforbaseimplantDiffusionTemperature=1000Time=25WetO2#Implanttheboronbase.ImplantBoronDose=3E14Energy=120#