文档介绍：郑剑峰:智能扶手电梯·1·
智能扶手电梯
(工程技术学院光电工程系电子科学与技术集成电路物理设计郑剑峰)
(学号:2001301051)
内容提要:主要阐述了智能扶手电梯的物理设计。提供了使用 Tanner por 软件进行整个物理
设计的过程。
关键词:VLSI、物理设计、硅工艺
教师点评:本毕业论文以智能扶手电梯的设计为题,对自动扶手电梯的运行和人群流量之间
的关系进行了详细的分析和研究,提出了有人时运行无人时停止运行的节省能源的控制方法。运
用 Tanner Pro 软件设计了整个逻辑系统,并进行了整个系统的物理设计,同时制作出样机系统,
是一片优秀的本科毕业论文。(点评教师:杨靖,讲师)
一、设计意义
随着城市迅速发展,许多建筑设施需要安装扶手电梯。而扶手电梯在没有载人时依然工作,
浪费能源。因而节能的扶手电梯有它存在的必要。
(VLSI)超大规模集成电路的快速发展是近半个世纪的事情,已经成为当代社会发展的一
个主要推动力。推动着整个社会各行各业的进步。微电子技术突飞猛进地发展。作为微电子技术
工艺基础的微光刻技术是目前精度最高的加工技术。促进高集成度、超高速集成电路及器件的研
制开发的特征尺寸越来越细,加工尺寸进入深亚微米、百纳米以及纳米级。
微电子技术的核心是集成电路制造技术,集成电路的制造技术中必要的部分是集成电路的电
路设计和光掩模制造技术。这两种技术离不开电子设计自动化技术。因而集成电路设计工具
(Tanner Pro)软件得以应用。它有强大的集成电路设计、模拟验证、版图编辑和自动布局布线
等动能。
二、工艺技术
1、掺杂与淀积
一个集成电路是通过把各种材料层按预先设定的顺序堆积而成的。大多数材料层都是首先形
成,然后按照光刻顺序形成图形。硅掺杂层则与此不同,它们利用光刻工艺定义掺杂物在何处进
入硅,从而形成所希望的形状。
2、化学机械抛光
假设淀积多晶硅并且形成图案,然后在它上面淀积二氧化硅。那么被淀积的二氧化硅表面将会
有部分突起,这是由于它下面的多晶硅线所致。如果继续淀积多层,那么层面将越来越凹凸不平,
并且可能引起细线条的断裂和其他问题。
化学机械抛光采用化学刻蚀和机械“喷沙”在硅圆片上产生平整的表面。
3、刻蚀
用光学方法把图案的阴影投射到芯片表面上,然后采用类似与照相的技术把图案转移到它的上
面,然后运用低温等离子体刻蚀出图案。
三、工艺分析
1、硅工艺概述
硅集成电路是在称为圆片的较大的圆形硅薄片上制造。一个硅芯片可以看成一组做成图案的材
料层。当这些材料层被正确地叠放时,所形成的三维结构既是可控开关,他们通过导线相连以实
现逻辑操作。
2、CMOS 工艺流程
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郑剑峰:智能扶手电梯·2·
图 1 表示起始于一个 P+的圆片,在它上面生长 P 型的硅外延层。外延层通过把硅原子投入
被加热的圆片上,形成制造管子所需要的高质量晶体层。圆片本身作为制造芯片的衬底,在其余
的图中将不明显画出。
图 2 表示在外延层上生长或淀积一层薄热氧化层(SIO2),然后在薄热氧化层上面利用化学
气相淀积法(CVD)淀积一层氮化硅(SI3N4)。
图 3 表示为运用掩膜步骤来确定晶体管的位置。一般地,每个管子(NFET 或 PFET)是在
圆片表面的有源区形成的。有源区是通过掩膜步骤来确定的,它使薄热氧化层上的氮化硅形成图
案。在氮化硅上面涂上光刻胶
图 4 表示为冲洗后的确定的有源区。
图 5 为了是每个管子之间电气绝缘。使用凹下去的玻璃(氧化物)区域作为隔离体,阻止相
邻器件发生电气导通。为了达到隔离,运用氮化物图案确定刻蚀掉的硅区。
图 6 在已刻蚀区生长或淀积氧化物。在有源区之间的玻璃绝缘形成了场区,因此在那里的氧
化物称为场氧。
图 7 一旦生长了场氧,氮化硅-氧化层就被去除以露出硅表面。得到的圆片,可以用与管子
的制造过程。
图 8 场氧是隔离器件的,所以要做的深,所以需要大的热处理周期。所以在确定了场氧的
范围之后,对确定为 N 阱的区域进行磷(P)离子注入,以防止可能引起 N 阱的再扩散。
图 9 FET 的形成采用自对准栅工艺。在这个技术中,首先形成栅,然后把它作为离子注入
的掩膜,形成 N+或 P+漏/源区。起始点是生长栅氧,在这一步骤中确定栅氧的厚度。
图 10 淀积多晶硅并且做成图案以形成晶体管的栅极
图 11 为了形成管子,需要在硅上形成掺杂的漏区和源区。PFET 的形成采用 pSelect(选择
P 的)掩膜图案并用硼离子注入。选择 P 的掩膜所形成的硬化光刻胶层阻挡在 NF