双极型集成电路工艺

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1、双极型集成电路工艺（详案）各位同学：大家好！本节课将给大家介绍双极型集成电路的制造方法和过程，也就是制作工艺。首先我们作一些必要的知识准备，来复习一下集成电路的相关知识。广义的集成电路通俗的讲就是我们常说的芯片，它是将若干电子元件制作在一块单晶硅片上，并用金属或多晶硅互联线将它们连结起来的具有一定功能的电路，这些半导体电子元件包括：双极型晶体管、场效应管、二极管、电阻、电感、电容等。世界上第一块IC是由仙童半导体公司的RobertNoyce和德州仪器公司的JackKilby于是1959年分别独自发明的。集成电路按照不同的标准可以有很多分类。最常

2、见的是按照处理信号的连续性来分类，可分为模拟集成电路和数字集成电路，模拟集成电路处理的是时间连续的模拟信号，而数字集成电路处理的则是时间与幅度取值都离散的数字信号。还有一种分类方法是按构成集成电路的有源元件的种类来划分的，若构成电路的有源元件只有双极型晶体管，则为双极型集成电路；若构成电路的有源元件只有MOS管(场效应晶体管)，则为MOS集成电路；若电路中既有双极型晶体管，又有MOS管，则为BiCMOS集成电路。以上我们简单介绍了集成电路的划分，生产每一种集成电路都需要相应的制造工艺，比如双极型集成电路需要双极型集成电路工艺，MOS集成电路需要

3、MOS工艺，而BiCMOS集成电路则需要的相应的BiCMOS工艺等等。双极型集成电路工艺是所有集成电路工艺中最早发明的，尽管受到CMOS工艺的巨大挑战，它仍然在高速、模拟、功率等类型的电路中占有很重要的地位。双极型集成电路工艺按其所采用的隔离类型可分为两类，一类是采用介质隔离，也即在器件之间制备P-N结作电隔离区，一类采用自然隔离。采用介质隔离双极型集成电路工艺制作的电路有TTL(晶体管—晶体管逻辑)电路、ECL(射极耦合逻辑)电路、STTL（肖特基晶体管—晶体管逻辑）电路等，而I2L(集成注入逻辑)电路则采用自然隔离的双极型工艺。采用P-N结

4、作介质隔离的双极工艺按照制作的晶体管结构又可进一步细分为三种类型，即标准的埋入集电极晶体管工艺（SBC）,集电极扩散隔离晶体管工艺（CDI）,三重扩散晶体管工艺（3D）。下面以SBC工艺为例进行说明。1.衬底制备衬底采用轻掺杂的P型硅，掺杂浓度一般在1015/cm3数量级，采用的硅晶片晶面的晶向指数为（100）。掺杂浓度较低可以减少集电极的结电容，提高集电结的击穿电压，但掺杂浓度过低会使埋层推进过多2.埋层制备为了减小集电区的串联电阻，并减小寄生PNP管的影响，在集电区的外延层和衬底间通常要制作N+埋层。首先在衬底上生长一层二氧化硅，并进行一次

5、光刻，刻蚀出埋层区域，然后注入N型杂质（如磷、砷等），再退火（激活）杂质。埋层材料选择标准是杂质在硅中的固溶度要大，以降低集电区的串联电阻；在高温下，杂质在硅中的扩散系数要小，以减少制作外延层时的杂质扩散效应；杂质元素与硅衬底的晶格匹配要好以减小应力，最好是采用砷。3.外延层的生长去除全部二氧化硅后，外延生长一层轻掺杂的硅。此外延层作为集电区。整个双极型集成电路便制作在这一外延层上。外延生长主要考虑电阻率和厚度。为减少结电容，提高击穿电压，降低后续工艺过程中的扩散效应，电阻率应尽量高一些；但为了降低集电区串联电阻，又希望它小一些1.形成隔离区先

6、生长一层二氧化硅，然后进行二次光刻，刻蚀出隔离区，接着预淀积硼（或者采用离子注入），并退火使杂质推进到一定距离，形成P型隔离区。这样器件之间的电绝缘就形成了。2.深集电极接触的制备这里的“深”指集电极接触深入到了N型外延层的内部。为降低集电极串联电阻，需要制备重掺杂的N型接触，进行第三次光刻，刻蚀出集电极，再注入（或扩散）磷并退火。3.基区的形成先进行第四次光刻，刻蚀出基区，然后注入硼并退火，使其扩散形成基区。由于基区掺杂元素及其分布直接影响器件电流增益、截止频率等特性，因此注入硼的剂量和能量要特别加以控制。4.发射区形成在基区上生长一层氧化物

7、，进行第五次光刻，刻蚀出发射区，进行磷或砷注入（或扩散），并退火形成发射区。5.金属接触淀积二氧化硅后，进行第六次光刻，刻蚀出接触也窗口，用于引出电极线。接触孔中温江溅射金属铝形成欧姆接触。6.形成金属互联线进行第七次光刻，形成互联金属布线。7.后续工序测试、键合、封装等。测试是通过测量或比较来确定或评估产品性能的过程，是检验该产品设计、工艺制造、分析失效和推广应用的重要手段。因此，在半导体器件和集成电路的研制、生产和使用过程中，测试是非常重要的一道工序。在生产中包括下列几种类型的测试：芯片测试、成品测试、质量保证测试、可靠性测试、验收测试、鉴

8、定测试。键合工艺是将芯片上的电极引线和底座外引线连接起来的过程，是一种十分精密细致的固相焊接技术，又称内引线焊接工艺。封装是利用某种材料将芯片保护起来