文档介绍：制造材料结构与理论
第1页，共44页，编辑于2022年，星期五
第二章 IC制造材料结构与理论
了解集成电路材料
半导体基础知识
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在大部分GaAs IC工艺中有一个标准的工序：即把第一层金属布线与形成肖特基势垒与栅极形成结合起来。（MESFET)
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不同材料之间的互连
半导体表面制作了金属层后，根据金属的种类及半导体掺杂浓度的不同，可形成
肖特基型接触：金属和掺杂浓度较低半导体结合面形成。类似PN结
欧姆接触：如果半导体掺杂浓度足够高，隧道效应抵消势垒的影响，形成了双向低欧姆电阻值。
器件互连材料包括
金属，合金，多晶硅，金属硅化物
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两层与多层金属布线
VLSI至少采用两层金属布线。
第一层金属主要用于器件各个极的接触点及器件间的部分连线，这层金属通常较薄，较窄，间距较小。
第二层主要用于器件间及器件与焊盘间的互联，并形成传输线。寄生电容大部分由两层金属及其间的隔离层形成。
多数VLSI工艺中使用3层以上的金属。最上面一层通常用于供电及形成牢固的接地。其它较高的几层用于提高密度及方便自动化布线。
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CMOS工艺的多层互联线
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IC设计与金属布线
多数情况下，IC特别是VLSI版图设计者的基本任务是完成金属布线。因为基本器件其它各层的版图通常已经事先做好，存放在元件库中。门阵列电路中，单元电路内的布线也已经完成。
对于电路设计者而言，布线的技巧包含合理使用金属层，减少寄生电容或在可能的情况下合理利用寄生电容等。
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多晶硅
多晶硅与单晶硅都是硅原子的集合体。
多晶硅特性随结晶度与杂质原子而改变。
非掺杂的多晶硅薄层实质上是半绝缘的，电阻率为300 W·cm 。
通过不同杂质的组合，多晶硅的电阻率可被控制在500— W·cm
多晶硅被广泛用于电子工业。在MOS及双极器件中，多晶硅用制作栅极、形成源极与漏极（或双极器件的基区与发射区）的欧姆接触、基本连线、薄PN结的扩散源、高值电阻等。
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多晶硅的制造技术
多晶硅层可用溅射法，蒸发或 CVD外延生长技术沉淀。
多晶硅可用扩散法、注入法掺杂，也可在沉淀多晶硅的同时通入杂质气体（In-Situ法）来掺杂。
扩散法形成的杂质浓度很高（>=1021cm-3），故电阻率很小。
注入法的杂质浓度为 1020cm-3，电阻率约是它的10倍。
而In-Situ法的浓度为1020---1021cm-3。
三种掺杂工艺中，后两种由于可在较低的工艺温度下进行而在VLSI工艺中被优先采用。
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材料系统
材料系统指的是在由一些基本材料(如Si, GaAs或InP)制成的衬底上或衬底内，用其它物质再生成一层或几层材料。
材料系统与掺杂过的材料之间的区别 :
在掺杂材料中, 掺杂原子很少
在材料系统中, 外来原子的比率较高
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半导体材料系统
半导体材料系统是指不同质（异质）的几种半导体(GaAs与AlGaAs, InP与InGaAs和Si与SiGe等)组成的层结构。
应用 :
制作异质结双极性晶体管HBT。
制作高电子迁移率晶体管HEMT。
制作高性能的LED及LD。
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半导体/绝缘体材料系统
半导体/绝缘体材料系统是半导体与绝缘体相结合的材料系统。其典型代表是绝缘体上硅(SOI: Silicon On Insulator)。
SOI制造技术：注入氧隔离（SIMOX）和晶片粘接（）
SOI: 由于在器件的有源层和衬底之间的隔离层厚，电极与衬底之间的寄生电容大大的减少。器件的速度更快，功率更低。
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第二章 IC制造材料结构与理论
了解集成电路材料
半导体基础知识
PN结与结型二极管
双极型晶体管基本结构与工作原理