第一章1、⑴、什么是集成电路：集成电路（IC）是指用半导体工艺，或薄膜、厚膜工艺把电路元器件以相互不可分离的状态制作在半导体或绝缘体基片上，然后封装在一个管壳内，构成一个完整的、具有一定功能的电路。

⑵、集成电路分类：1.按工艺分：半导体IC、膜IC（薄/厚膜IC）、混合IC2.按功能分：数字IC：能够完成数字运算，以低电平和高电平两种状态来代表二进制数中的“0”和”1”，通过各种逻辑关系进行运算，又称为逻辑IC。

模拟IC：能对电压、电流等模拟量进行放大与转换的IC。

其中输出信号与输入信号成线性关系的电路，如直流放大器、差分放大器、低频放大器、高频放大器、线性功率放大器、运算放大器等称为线性IC。

输出信号与输入信号不成线性关系的电路，如对数放大器、振荡器、混频器、检波器、调制器等称为非线性IC。

3.按构成IC 的有源器件结构分：双极IC、MOS IC。

双极IC：有源元件采用NPN或PNP双极晶体管，管内导电的载流子要流经P型或N 型两种极性的材料。

MOS IC：有源元件采用MOS（金属－氧化物－半导体）晶体管。

4.按集成度高低分：小规模（SSI）、中规模（MSI）、大规模（LSI）、超大规模（VLSI）。

集成度：单块晶片上或单个封装中构成的IC的所包含的最大元件数（包括有源/无源元件）。

SSI<100个元件（或10个门电路），100<MSI<1000元件（10个～100个门电路），LSI>1000个元件以上（100个门电路以上）。

VLSI>10万个（1000门以上）⑶、集成电路遵从的定律2、Foundry与fabless之间的的关系3、IC设计所需要的知识范围（LVS、Lagout、Schmatic）1) 系统知识计算机/ 通信/ 信息/ 控制学科2) 电路知识更多的知识、技术和经验3) 工具知识任务和内容相应的软件工具4) 工艺知识元器件的特性和模型/工艺原理和过程第二章4、⑴、材料的分类1）通过掺杂可明显改变半导体的电导率。

2）当半导体受到外界热的刺激时，导电能力将发生显著改变。

3）光照可改变半导体的电导率。

4）多种半导体结构中，当注入电流时，会发射光，从而可制造发光二极管和激光二极管。

⑶、常用的最基本的IC材料半导体材料在集成电路的制造中起着根本性的作用。

硅，砷化镓和磷化铟是最基本的三种半导体材料2.2 硅(Si)1.硅工艺生产的器件双极型晶体管（BJT），结型场效应管（J-FET），P型、N型MOS双极场效应管CMOS （BiCMOS）2. 硅工艺的优点：1）原材料丰富2）技术成熟3）硅基产品价格低廉3. 硅工艺达到的技术指标：DARM的速度1Gb，晶圆直径达到300mm(12英寸)2.3 砷化镓(GaAs)1.GaAs材料：能工作在超高速超高频，其原因在于这些材料具有更高的载流子迁移率，和近乎半绝缘的电阻率2. GaAs材料的特点：1）GaAs中非平衡少子漂移速度非常快2）GaAs导带极小值和价带极大值都出现在布里渊区波矢为0处，电子和空穴可以直接复合，利用这一性质可制作发光器件，如LED，LD，OEIC。

3）GaAs中价带与导带之间的禁带宽度大于Si。

（EgGaAs=1.43eV，EgGaAs=1.1eV ）GaAs中价带与导带之间的禁带宽度大于Si带来的好处：1）在GaAs衬底上可制作高性能的器件，如电感、微波变压器及微波毫米波传输线。

2）GaAs器件及电路能工作在更高的温度。

3）具有更好的抗辐射性能。

3. GaAs工艺制作的器件：三种有源器件: MESFET, HEMT 和HBT2.4 磷化铟(InP)1.InP材料的特点：能工作在超高速超高频2.InP工艺制作的器件：三种有源器件: MESFET, HEMT和HBT3. InP的应用：广泛应用于光纤通信系统中发出的激光波长位于0.92~1.65um之间，覆盖了玻璃光纤的最小色散(1.3um)和最小衰减(1.55um)的两个窗口2.5 绝缘材料SiO2 、SiON和Si3N4是IC系统中常用的几种绝缘材料绝缘材料功能：①充当离子注入及热扩散的掩膜②钝化层③电隔离绝缘材料的要求：低介电常数的绝缘材料减小连线间的寄生电容。

高介电常数的绝缘材料主要应用在大容量的DRAM，逻辑电路及混合电路中的滤波电容、隔离电容和数模转换用的电容制造。

2.6 金属材料金属材料的功能1.形成器件本生的接触线；2.形成器件间的互联线；3.形成焊盘。

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或欧姆接触如果掺杂浓度较低，金属和半导体结合面形成肖特基型接触，构成肖特基二极管。

如果掺杂浓度足够高，以致于隧道效应可以抵消势垒的影响，那么就形成了欧姆接触。

器件互连材料包括金属，合金，多晶硅，金属硅化物第三章5、IC制造的工艺环节3.1 外延生长①外延生长的目的：外延的目的是用同质(异质）材料形成具有不同的掺杂种类及浓度,因而具有不同性能的晶体层。

②液态生长(LPE: Liquid Phase Epitaxy)LPE意味着在晶体衬底上用金属性的溶液形成一个薄层。

在加热过的饱和溶液里放上晶体，再把溶液降温，外延层便可形成在晶体表面。

原理在于溶解度随温度变化而变化。

气相外延生长③气相外延生长(VPE: Vapor Phase Epitaxy)VPE是指所有在气体环境下在晶体表面进行外延生长的技术的总称。

在不同的VPE 技术里，卤素(Halogen)传递生长法在制作各种材料的沉淀薄层中得到大量应用。

在外延过程中，石墨板被石英管周围的射频线圈加热到1500-2000度，在高温作用下，发生：SiCl4+2H2→Si+4HCl的反应，释放出的Si原子在基片表面形成单晶硅，典型的生长速度为0.5~1 m/min.④金属有机物外延生长（MOVPE: Metalorganic Vapor Phase Epitaxy）MOVPE与其它VPE不同之处在于它是一种冷壁工艺，只要将衬底控制到一定温度就行了。

MOVPE便于多片和大片外延生长，可生长所有的III/V族化合物。

⑤分子束外延生长(MBE: Molecular Beam Epitaxy)MBE在超真空中进行，基本工艺流程包含产生轰击衬底上生长区的III和V族元素的分子束等。

MBE几乎可以在GaAs基片上生长无限多的外延层。

这种技术可以控制GaAs，AlGaAs或InGaAs上的生长过程，还可以控制掺杂的深度和精度达纳米极。

经过MBE法，衬底在垂直方向上的结构变化具有特殊的物理属性。

MBE的不足之处在于产量低。

3.2 掩膜制作①掩膜制造的定义：用光学曝光方式要在衬底（如硅等半导体晶片）上形成微细图形，一般要有图形的物，当这种图形的物被放大或缩小复印到半导体基片上后，即形成电路图形。

这种图形的物称为掩膜板，简称掩膜。

②掩膜的基本功能：在光线照射其上时，图形区和非图形区对光线的吸收和透射能力不同。

理想情况下，图形区让光线完全透射过去，非图形区则对光线完全吸收。

或者反之。

⑴、图案发生器方法(PG: Pattern Generator)⑵、X射线制版由于X射线具有较短的波长（约为数埃），它可用来制作更高分辨率的掩膜版。

X-ray 掩膜版的衬底材料与光学版不同，通常要求用低吸收的轻元素做成的低比重的透膜材料。

Si或Si的化合物（Si3N4或高质量的人造石英）对X射线完全透明。

⑶、电子束扫描法(E-Beam Scanning)1) 涂抗蚀剂。

抗蚀剂采用正电子抗蚀剂PMMA（分辨率高，但敏感度低）2) 电子束曝光。

曝光可用精密扫描仪，电子束制版的一个重要参数是电子束的亮度，或电子的剂量。

3) 显影。

用二甲苯。

二甲苯是一种较柔和的有弱极性的显影剂，显像速率大约是甲基异丁烯酮MIBK（对PMMA为良溶性剂）/异丙醇IPA （对PMMA为非溶性剂）的1/8，用IPA 清洗可停止显像过程。

3.3 光刻(Lithography)一、晶圆涂光刻胶：①清洗晶圆，在200C温度下烘干1小时。

目的是防止水汽引起光刻胶薄膜出现缺陷。

②待晶圆冷却下来，立即涂光刻胶。

光刻胶有两种：正性(positive)与负性(negative)。

正性胶显影后去除的是经曝光的区域的光刻胶，负性胶显影后去除的是未经曝光的区域的光刻胶。

正性胶适合作窗口结构, 如接触孔, 焊盘等，而负性胶适用于做长条形状如多晶硅和金属布线等。

常用OMR83为负性光刻胶。

光刻胶对大部分可见光灵敏，对黄光不灵敏，可在黄光下操作。

③涂光刻胶的方法：光刻胶通过过滤器滴入晶圆中央，被真空吸盘吸牢的晶圆以20008000转/分钟的高速旋转，从而使光刻胶均匀地涂在晶圆表面。

④晶圆再烘，将溶剂蒸发掉，准备曝光二、曝光: 光源可以是可见光,紫外线, X射线和电子束。

光量，时间取决于光刻胶的型号，厚度和成像深度。

※曝光方式：接触式与非接触式两种方式※非接触式光刻又分为：接近式光刻与非接近式光刻三、显影: 晶圆用真空吸盘吸牢，高速旋转，将显影液喷射到晶圆上。

显影后，用清洁液喷洗。

四、烘干: 将显影液和清洁液全部蒸发掉。

※掩膜和晶圆之间实现理想接触的制约因素①掩膜本身不平坦，②晶圆表面有轻微凸凹，③掩膜和晶圆之间有灰尘。

3.4 刻蚀刻蚀(腐蚀）的作用:以此工艺手段来获得基片上具有一定分辨率的图形或器件结构，如线条、接触孔、台式晶体管、凸纹、栅等。

被刻蚀的材料:抗蚀剂，半导体，绝缘体，金属等。

刻蚀的两种方法：湿法和干法3.5 掺杂3.5.1 掺杂目的、原理和过程掺杂的目的是以形成特定导电能力的材料区域,包括N型或P型半导体层和绝缘层，晶体管的源漏区，双极管的PN结。

是制作各种半导体器件和IC的基本工艺。

经过掺杂，原材料的部分原子被杂质原子代替。

材料的导电类型决定于杂质的化合价，可用于制作隔离层。

掺杂可与外延生长同时进行，也可在其后，例如，双极性硅IC的掺杂过程主要在外延之后，而大多数GaAs及InP器件和IC的掺杂与外延同时进行。

3.5.2 热扩散掺杂3.5.3 离子注入法离子注入法定义：通过将杂质原子加速为高能离子束，再用其轰击晶片表面而使杂质注入无掩膜区域而实现的。

掺杂浓度（剂量）由注入浓度和注入时间决定，而掺杂区域的浓度决定于离子束的能量。

注入法的优点：①掺杂的过程可通过调整杂质剂量及能量来精确的控制，杂质分布的均匀。

②可进行小剂量的掺杂。

③可进行极小深度的掺杂。

④较低的工艺温度，故光刻胶可用作掩膜。

⑤可供掺杂的离子种类较多，离子注入法也可用于制作隔离岛。

在这种工艺中，器件表面的导电层被注入的离子（如Ｏ+）破坏，形成了绝缘区。

缺点：①费用高昂②在大剂量注入时半导体晶格会被严重破坏并很难恢复3.6 绝缘层形成平面上的绝缘层可通过腐蚀和/或离子注入法制成。