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数字电路设计课件 第2讲 工艺.ppt

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四、后部封装 (1)背面减薄 (2)切片 (3)粘片 (4)压焊:金丝球焊 (5)切筋 (6)整形 (7)塑封 (8)沾锡:保证管脚的电学接触 (9)老化 (10)成测 (11)打印、包装 概述 封装的作用: 提供信号及电源进出芯片的界面 移去芯片产生的热量 为芯片提供机械支持 保护芯片免受如潮湿等外界环境条件的影响 对封装的要求: 电气特性:寄生效应弱,引线应具有低电容(线间、对衬底)、 低电阻和低电感 机械及热特性:可靠,牢固,芯片载体与芯片封装之间由良好 的机械匹配及热匹配,散热性能良好 成本:常常与上述要求矛盾 常用封装材料 陶瓷:Al2O3,导热性能比SiO2和聚酰亚胺好30~100倍,热膨 胀系数与典型的互连金属非常接近,但价格昂贵,介电常数较大,导 致较大的寄生电容。 塑料:高分子聚合物,热性能不佳,但价格非常低廉 END CMOS IC制造工艺 EE141 * * EE141 ? Digital Integrated Circuits2nd Manufacturing * 数字集成电路 第二讲 制造工艺 Jan M. Rabaey Anantha Chandrakasan Borivoje Nikolic 本章概要 摩尔语录 我们需要为芯片找寻一种基 质,因此我们考察了地球的基 质。它主要是硅,所以我们使 用了硅。 我们需要为芯片上的线路和 开关找寻一种金属导体。我们 考察了地球上的所有金属,发 现铝是最丰富的,所以我们使 用了铝。 本章概要 概述 材料生长与淀积 光刻 CMOS工艺流程 CMOS先进工艺 IC封装 第一节 引言 集成电路的制造需要非常复杂的技术。作为集成电路设计者,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。 由于VDSM和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。 第二节 半导体材料:硅 硅棒→晶圆 晶圆→芯片 10~30cm (4~12英寸) 厚度0.4~0.7mm 晶圆(Wafer) 芯片(chip) 部位~1cm2 平口(flat) 介绍几种集成电路工艺 氧化工艺 掺杂工艺:扩散、离子注入 淀积工艺:淀积、金属化 光刻工艺:光刻、刻蚀 第三节 集成电路制造工艺简介 一、氧化工艺 1、氧化用途 杂质扩散掩蔽膜 器件表面保护或钝化膜 电路隔离介质或绝缘介质 电容介质材料 MOS管的绝缘栅材料 2、氧化方法 干法氧化:其氧化空气是纯氧气,温度约在1200?C,以达到可接受的生长速度。硅在分子氧中的氧化按照全反应方程进行: Si(固体)+ O2(气体) SiO2 湿法氧化:其氧化空气中含有水蒸气。温度通常在900?C和1000?C之间,硅在分子水蒸气中的氧化按照全反应方程进行: Si(固体)+2 H2O(气体) SiO2 + 2H2 氧化过程会消耗硅,因为SiO2的体积约为硅的两倍,SiO2层几乎可以在上、下垂直方向等量的生长。 氧化厚度的控制 SiO2的厚度是氧化工艺的一个重要参数,它可以通过氧化的温度和时间来控制。 二、掺杂工艺 在衬底材料上掺入5价磷或3价硼,以改变半导体材料的电性能。掺杂过程是由硅的表面向体内作用的。目前,有两种掺杂方式:扩散和离子注入。 1、扩散 扩散法是将掺杂气体导入放有硅片的高温炉中,将要掺入的杂质扩散到硅片内的一种方法。这种掺杂法的特点是适应于同时对多个硅片的掺杂。扩散分为两步: STEP1 预淀积:将浓度很高的一种杂质元素P或B淀积在硅片表面,余误差分布。 STEP2 推进:在高温、高压下,使硅片表面的杂质扩散到硅片内部。实验分析表明:浓度分布可由下式表示: 2、离子注入 利用电场加速杂质离子,将其注入硅衬底中的方法称为离子注入法。离子注入法的特点是可以精确地控制扩散法难以得到的低浓度杂质分布。 离子注入的分布有以下两个特点: 1.离子注入的分布曲线形状(Rp,бp),只与离子的初始能量E0有关。并杂质浓度最大的地方不是在硅的表面,X=0处,而是在X=Rp处。 2.离子注入最大值Nmax与注入剂量NT有关。而E0与NT都是可以控制的参数。因此,离子注入方法可以精确地控制掺杂区域的浓度及深度。 离子注入后需要退火,减小晶体应力。 三.淀积工艺 集成电路制造工艺中,采用了各种各样
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