集成电路中的 有源与无源器件
哈尔滨工程大学
集成电路制造就是在硅片上执行一系列复杂的 化学或者物理操作。简而言之，这些操作可以分为 四大基本类：薄膜制作、光刻、刻蚀和掺杂。典型 的集成电路硅片制造工艺可能要花费六到八周的时 间，包括350或者更多步骤来完成所有的制造工 艺 。
集成电路是在硅片制造厂中制造完成的。硅片制造厂可以分 成6个主要的生产区：扩散（包括氧化、膜淀积和掺杂工艺）、 光刻、刻蚀、薄膜、离子注人和抛光。虽然对硅片上的独立管芯 进行测试的测试 / 拣选区就在硅片厂的附近，但是测试区并不与 硅片制造厂的其他部分在同一超净环境当中。装配和封装则在其 他工厂进行，甚至在别的国家完成。
硅片制造厂的分区概述
扩散 扩散区一般认为是进行高温工艺及薄膜淀积的区域，扩散区的主要 没备是高温扩散炉和湿法清洗设备。高温扩散炉可以在近 1200℃的高温下 工作，并能完成多种工艺流程，包括氧化、扩散、淀积、退火以及合金。 湿法清洗设备是扩散区中的辅助工具。硅片在放人高温炉之前必须进行彻 底地清洗，以除去硅片表面的沾污以及自然氧化层。 光刻 使用黄色荧光管照明使得光刻区与芯片厂中的其他各个区明显不同。 光刻的目的是将电路图形转移到覆盖于硅片表面的光刻胶上。光刻胶是一 种光敏的化学物质，它通过深紫外线曝光来印制掩膜版的图像。光刻胶只 对特定波长的光线敏感，例如深紫外线和白光，而对黄光不敏感。光刻区 位于硅片 厂的中心。因为硅片从硅片制造厂的所有其他区流入光刻区。由 于在光刻过程中缺陷和颗粒可能进入光刻胶层，沾污的控制 显得格外重要。 光刻掩膜版上的缺陷以及步进光刻机上的颗粒 能够复印到所有用这些设备 处理的硅片上 。
无源元件
集成电路电阻
为形成集成电路电阻，可以淀积一层具有阻值的薄膜在硅衬 底上，然后利用图形曝光技术和刻蚀定出其图样。也可以在生长 于硅衬底土的热氧化层上开窗，然后注人（或是扩散）相反导电 型杂质到晶片内。图显示利用后者方法形成的两个电阻的顶视图 和截面图，一个是曲折型，另一个是直条型。 由掩模版定义出不同的几何图样，可同时在一个集成电路中 制造出许多不同阻值的电阻．因此将电阻值的大小分成两部分是 很方便的：由离子注入（或是扩散）工艺决定薄层电阻 (R□）； 由图样尺寸决定L/W比例.一旦R□已知．电阻值可以由L/W的比例会增加额外的电阻值至集成电路电阻中．
无源元件
无源元件
集成电路电容
在集成电路中有两种电容： MOS 电容和 p-n 结电容。电容的制 造是利用一个高浓度区域（如发射极区域）作为一个电极板．上 端的金属电极作为另一个电极板．中间的氧化层当作介电层。为 了形成MOS电容，一层利用热氧化的厚氧化层生长在硅衬底上。接 着，利用图形曝光技术在氧化层上定义出一个窗口，然后进行氧 化层刻蚀．以周围的厚氧化层当作掩蔽层，利用扩散或是离子注 人在窗口区域内形成 P+区域。然后，一层热氧化的薄氧化层生长 在窗口区域，接下来则是金属化的步骤。 为了增加电容的大小，人们开始研究具有较高介电常数的绝 缘体．如氮化硅（Si3N4）及五氧化二钽（Ta2O5）．其介电常数分 别为7和25。因为电容的下电极板是高浓度材料，因此MOS电容值 与所加偏压无关．高浓度材料的下电极可同时降低串联电阻。
无源元件
无源元件
集成电路电感
集成电路电感已被广泛地应用在Ⅲ-Ⅴ族的单片微波集成电 路上 (MMIC ）。随着硅器件速度的增加及多层金属连线技术的进 步，在以硅器件为主的无线电射频（RF）和高频应用上，集成电 路电感已经越来越受到注意。利用IC工艺可以制作出各式各样的 电感，其中最普遍的为薄膜螺旋形电感。在硅衬底上 , 具有两层 金属螺旋形电感的顶视图和截面图。为形成一个螺旋形的电感， 可利用热氧化或是淀积方式在硅衬底上形成层厚氧化层。然后， 淀积第一层金属作为电感的一端。接着淀积另一层介电层在第一 层金属上。利用图形曝光方式定义并刻蚀氧化层形成通孔，接着 淀积第二层金属并且将通孔填满。螺旋形电感可在作为电感第二 端的第二层金属上被定义及刻蚀出来。
硅片制造厂的分区概述
薄膜生长 薄膜区主要负责生产各个步骤当中的介质层与金属层的淀积。 薄膜生长中所采用的温度低于扩散区中设备的工作温度。薄膜生长区中有 很多不同的设备。所有薄膜淀积设备都在中低真空环境下工作，包括化学 气相淀积和金属溅射工具（物理气相淀积）。该区中用到的其他设备可能 会有SOG (spin-on-glass)系统、快速退火装置（RTP）系统和湿法清洗设 备。SOG用来填充硅片上的低凹区域以实现硅片表面的平坦化（使平滑）。 快速退火装置用于修复离子注入引人的衬底损伤，也用于金属的合金化步 骤。 抛光 CMP（化学机械平坦化）工艺的目的是使硅片表面平坦化，这是通过 将硅片表面突出的部分减薄到下凹部分的高度实现的。硅片表面凹凸不平 给后续加工带来了困难，而CMP使这种硅片表面的不平整度降到最小。抛光 机是CMP区的主要设备，而这一步工艺也可以叫抛光。CMP用化学腐蚀与机 械研磨相结合，以除去硅片顶部希望的厚度。其他辅助CMP的设备包括刷片 机（wafer scrubber ),清洗装置和测量工具。
硅片制造厂的分区概述
刻蚀 刻蚀工艺是在硅片上没有光刻胶保护的地方留下永久的图形。刻蚀区 最常见的工具是等离子体刻蚀机、等离子体去胶机和湿法清洗设备。目前， 虽然仍采用一些湿法刻蚀工艺，但大多数步骤采用 的是干法等离子体刻蚀。 等离子体刻蚀机是一种采用射频（ RF ）能量在真空腔中离化气体分子的一 种工具。等离子体是一种由电激励气体发光的物质 形态。等离子体与硅片 顶层的物质发生化学反应。刻蚀结束后利用另一种称为去胶机的等离子体装 置，用离化的氧气将硅片表面的光刻胶去掉。紧接着用一种化学溶剂彻底清 洗硅片。 离子注入 离子注入机是亚微米工艺中最常见的掺杂工具。气体带着要掺的 杂质，例如砷(As)、磷(P)、硼（B）在注入机中离化。采用高电压和磁场来 控制并加速离子。高能杂质离子穿透了涂胶硅片的表面。离子注入完成后， 要进行去胶和彻底清洗硅片。