器件制作流程PPT課件

1、1 4.1 基本工藝介紹基本大類(lèi)：u 圖形制備： 光刻 刻蝕u 薄膜制備 u 摻雜第1頁(yè)/共108頁(yè)2各個(gè)工藝的作用光刻： 將電路圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠上，形成臨時(shí)圖形?？涛g： 用化學(xué)或物理方法有選擇性的從硅片表面去除不需要的材料的過(guò)程，在硅片上沒(méi)有光刻膠保護(hù)的地方形成永久的圖形；第2頁(yè)/共108頁(yè)3各個(gè)工藝的作用 薄膜制備： 用化學(xué)或物理方法在硅片襯底上淀積一層膜的工藝，主要完成介質(zhì)層與金屬層的淀積。 主要包括外延、氧化、化學(xué)氣相淀積、物理氣相淀積。 摻雜： 向特定區(qū)域摻入雜質(zhì)，以改變其電學(xué)性能。 主要包括擴(kuò)散、離子注入。第3頁(yè)/共108頁(yè)4硅片制造廠的硅片流程薄膜拋光刻蝕光刻擴(kuò)散注入測(cè)試/揀選硅

2、片起始第4頁(yè)/共108頁(yè)5CMOS 反相器 第5頁(yè)/共108頁(yè)64.2 CMOS技術(shù)發(fā)展歷程簡(jiǎn)介 20世紀(jì)60年代 -PMOS -擴(kuò)散工藝作摻雜 -金屬柵 20世紀(jì)70年代 -NMOS -離子注入工藝作摻雜 -多晶硅柵第6頁(yè)/共108頁(yè)7第7頁(yè)/共108頁(yè)8 -CMOS -Minimum feature size: from 3 mm to 0.8 mm -Wafer size: 100 mm (4 in) to 150 mm (6 in) -局部硅氧化 LOCOS（ LOCal Oxidation of Silicon ） -磷硅玻璃PSG和回流 -蒸發(fā)鍍膜 -正膠光刻 -投影光刻機(jī) -干法

3、刻蝕和濕法刻蝕并存20世紀(jì)80年代第8頁(yè)/共108頁(yè)920世紀(jì)80年代CMOS結(jié)構(gòu)第9頁(yè)/共108頁(yè)10 -Feature size: from 0.8 mm to 0.18 mm -Wafer size: from 150 mm to 300 mm -外延 -淺槽隔離STI -側(cè)墻環(huán)繞 -多晶硅柵 -正膠 -步進(jìn)光刻機(jī) -干法刻蝕形成圖形 -濕法刻蝕用于薄膜的剝離20世紀(jì)90年代的CMOS技術(shù)第10頁(yè)/共108頁(yè)11-立式爐-快速熱處理-直流濺射-多層金屬化-CVD鎢形成鎢塞-化學(xué)機(jī)械拋光CMP-多腔集系統(tǒng)-單片處理第11頁(yè)/共108頁(yè)12第12頁(yè)/共108頁(yè)1321世紀(jì)的CMOS技術(shù) Fe

4、ature size 0.13 mm or smaller Wafer size 200 mm or 300 mm 絕緣層上硅SOI（Silicon on isolator） STI 銅、低k介質(zhì)互連 雙大馬士革結(jié)構(gòu)第13頁(yè)/共108頁(yè)14第14頁(yè)/共108頁(yè)154.3 CMOS制作流程 本節(jié)目標(biāo)：1、理解每一步操作的目的，所采用的工藝手段。2、能夠自己設(shè)計(jì)工藝流程。第15頁(yè)/共108頁(yè)16CMOS反相器的原理圖第16頁(yè)/共108頁(yè)17第17頁(yè)/共108頁(yè)18CMOS制作流程雙阱制作隔離制作晶體管制作互連鈍化 第18頁(yè)/共108頁(yè)19CMOS制作流程雙阱制作隔離制作晶體管制作互連鈍化 1.雙阱

5、工藝2.2.淺槽隔離工藝3.閾值電壓調(diào)整4.多晶硅柵結(jié)構(gòu)工藝5.輕摻雜漏（LDD）注入工藝6.側(cè)墻的形成7.源/漏注入工藝8.接觸的形成9.多層金屬互連的形成10.鈍化工藝第19頁(yè)/共108頁(yè)20一.雙阱工藝 CMOS集成電路要把NMOS和PMOS兩種器件做在一個(gè)芯片上， 采用做阱的方法解決了需要兩種類(lèi)型襯底的問(wèn)題。 單阱和雙阱第20頁(yè)/共108頁(yè)21第21頁(yè)/共108頁(yè)22雙阱工藝步驟1.n阱的形成1）外延成長(zhǎng)2）清洗、氧化層生長(zhǎng)3）第一層掩模：N阱4）N阱注入2.p阱的形成1）第二層掩模： P阱2） P阱注入3）去除光刻膠、氧化硅4）退火第22頁(yè)/共108頁(yè)23n阱的形成外延成長(zhǎng)第23頁(yè)/

6、共108頁(yè)24清洗、原氧化層生長(zhǎng)n阱的形成第24頁(yè)/共108頁(yè)25第一層掩模：N阱n阱的形成第25頁(yè)/共108頁(yè)26N阱注入n阱的形成第26頁(yè)/共108頁(yè)27P阱的形成第二層掩模： P阱第27頁(yè)/共108頁(yè)28P阱注入P阱的形成第28頁(yè)/共108頁(yè)29去除光刻膠、氧化硅，退火退火作用： 阱區(qū)推進(jìn)；激活雜質(zhì)； 修復(fù)損傷。P阱的形成第29頁(yè)/共108頁(yè)30二.淺槽隔離工藝（STI）1.STI1.STI槽刻蝕2.STI2.STI氧化物填充3.3.氧化層CMP-CMP-氮化物去除第30頁(yè)/共108頁(yè)311.STI槽刻蝕（1）隔離氧化層淀積（2）氮化物淀積（3）第三層掩模：淺槽隔離（4）槽刻蝕 2.ST

7、I氧化物填充（1）溝槽襯墊氧化硅（2）溝槽氧化硅填充3.氧化層CMP-氮化物去除（1）氧化層CMP（2）氮化物、氧化物去除淺槽隔離工藝（STI）第31頁(yè)/共108頁(yè)32第三層掩模STI槽刻蝕第32頁(yè)/共108頁(yè)33刻蝕氮化硅、氧化硅、硅STI槽刻蝕第33頁(yè)/共108頁(yè)34（1）溝槽襯墊氧化硅（2）溝槽氧化硅填充氧化物填充第34頁(yè)/共108頁(yè)35氧化層CMP氧化層CMP-氮化物去除第35頁(yè)/共108頁(yè)36氮化物、氧化物去除氧化層CMP-氮化物去除第36頁(yè)/共108頁(yè)37三.閾值電壓調(diào)整1.P阱閾值電壓調(diào)整（1）第四層掩模：N阱閾值電壓調(diào)整（2）離子注入2.N阱閾值電壓調(diào)整（1）第五層掩模：P阱閾

8、值電壓調(diào)整（2）離子注入第37頁(yè)/共108頁(yè)38第四層掩模：P阱閾值電壓調(diào)整P阱閾值電壓調(diào)整第38頁(yè)/共108頁(yè)39磷原子注入P阱閾值電壓調(diào)整第39頁(yè)/共108頁(yè)40第五層掩模：N阱閾值電壓調(diào)整N阱閾值電壓調(diào)整第40頁(yè)/共108頁(yè)41硼原子注入N阱閾值電壓調(diào)整第41頁(yè)/共108頁(yè)42四.多晶柵結(jié)構(gòu)工藝1.清洗2.柵氧化層生長(zhǎng)3.多晶硅淀積4.第六層掩模：多晶硅柵刻蝕5.多晶硅柵刻蝕第42頁(yè)/共108頁(yè)43多晶硅柵制備柵氧化層生長(zhǎng)、多晶硅淀積第43頁(yè)/共108頁(yè)44第六層掩模：多晶硅柵刻蝕多晶硅柵制備第44頁(yè)/共108頁(yè)45多晶硅柵刻蝕多晶硅柵制備第45頁(yè)/共108頁(yè)46五.輕摻雜漏工藝（LDD

9、）1.N阱輕摻雜漏注入（1）第七層掩模：N阱輕摻雜漏LDD（2）N阱LDD注入2.P阱輕摻雜漏注入（1）第八層掩模： P阱輕摻雜漏LDD（2）P阱LDD注入第46頁(yè)/共108頁(yè)47N阱輕摻雜漏注入第七層掩模：N阱輕摻雜漏LDD第47頁(yè)/共108頁(yè)48N阱LDD注入N阱輕摻雜漏注入第48頁(yè)/共108頁(yè)49P阱輕摻雜漏注入第八層掩模： P阱輕摻雜漏LDD第49頁(yè)/共108頁(yè)50P阱LDD注入P阱輕摻雜漏注入第50頁(yè)/共108頁(yè)51六.側(cè)墻的形成 作用：環(huán)繞多晶硅，防止源漏注入過(guò)于接近溝可能發(fā)生源漏穿通。 1.淀積氧化硅 2.氧化硅反刻第51頁(yè)/共108頁(yè)52側(cè)墻的形成淀積氧化硅第52頁(yè)/共108頁(yè)

10、53氧化硅反刻側(cè)墻的形成第53頁(yè)/共108頁(yè)54七.源/漏注入工藝1.n+源/漏注入（1）第九層掩模：n+源漏注入（2）n+源漏注入2.p+源/漏注入（1）第十層掩模： p+源漏注入（2）p+源漏注入（3）退火第54頁(yè)/共108頁(yè)55源區(qū)和漏區(qū)的形成第九層掩模：n+源漏注入第55頁(yè)/共108頁(yè)56n+源漏注入源區(qū)和漏區(qū)的形成第56頁(yè)/共108頁(yè)57第十層掩模： p+源漏注入源區(qū)和漏區(qū)的形成第57頁(yè)/共108頁(yè)58p+源漏注入源區(qū)和漏區(qū)的形成第58頁(yè)/共108頁(yè)59八.接觸與局部互連的形成 接觸的形成 1.鈦的淀積 2.退火 3.刻蝕金屬鈦第59頁(yè)/共108頁(yè)60接觸的形成鈦的淀積第60頁(yè)/共1

11、08頁(yè)61退火接觸的形成第61頁(yè)/共108頁(yè)62刻蝕金屬鈦接觸的形成第62頁(yè)/共108頁(yè)63接觸的形成第63頁(yè)/共108頁(yè)64局部互連的形成 大馬士革結(jié)構(gòu)1.形成局部互連氧化硅介質(zhì)2.制作局部互連金屬第64頁(yè)/共108頁(yè)651.形成局部互連氧化硅介質(zhì)1）氮化硅淀積2）氧化硅淀積3）氧化硅CMP4）第十一層掩膜，接觸孔刻蝕5）接觸孔刻蝕局部互連的形成第65頁(yè)/共108頁(yè)66氮化硅、氧化硅淀積局部互連的形成第66頁(yè)/共108頁(yè)67氧化硅CMP局部互連的形成第67頁(yè)/共108頁(yè)68第十一層掩模：接觸孔刻蝕局部互連的形成第68頁(yè)/共108頁(yè)69接觸孔刻蝕局部互連的形成第69頁(yè)/共108頁(yè)702.制作局

12、部互連金屬1）金屬鈦淀積2）氮化鈦淀積3）鎢淀積4）磨拋鎢局部互連的形成第70頁(yè)/共108頁(yè)71鈦、氮化鈦、鎢淀積局部互連的形成第71頁(yè)/共108頁(yè)72磨拋鎢局部互連的形成第72頁(yè)/共108頁(yè)73九.多層金屬互連的形成 四層金屬層 三明治結(jié)構(gòu)三層金屬薄膜 金屬層形成 通孔和鎢塞的形成第73頁(yè)/共108頁(yè)741）金屬鈦?zhàn)钃鯇?）淀積鋁銅合金3）淀積氮化鈦4）第十二層掩模：第一層金屬刻蝕5）第一層金屬刻蝕第一層金屬互連形成第74頁(yè)/共108頁(yè)75第一層金屬互連的形成淀積鈦、鋁銅合金、氮化鈦第75頁(yè)/共108頁(yè)76第十二層掩模：第一層金屬刻蝕第一層金屬互連的形成第76頁(yè)/共108頁(yè)77第一層金屬刻蝕

13、第一層金屬互連的形成第77頁(yè)/共108頁(yè)78第一層層間介質(zhì)和通孔的形成：1）氧化層淀積2）氧化層CMP3）第十三層掩模：通孔刻蝕4）通孔刻蝕5）鎢塞制作通孔1和鎢塞1的形成第78頁(yè)/共108頁(yè)79氧化層淀積、氧化層CMP通孔1和鎢塞1的形成第79頁(yè)/共108頁(yè)80第十三層掩模：通孔刻蝕通孔1和鎢塞1的形成第80頁(yè)/共108頁(yè)81通孔刻蝕通孔1和鎢塞1的形成第81頁(yè)/共108頁(yè)82鎢塞制作通孔1和鎢塞1的形成第82頁(yè)/共108頁(yè)831）金屬鈦?zhàn)钃鯇?）淀積鋁銅合金3）淀積氮化鈦4）第十四層掩模：第二層金屬刻蝕5）第一層金屬刻蝕第二層金屬互連形成第83頁(yè)/共108頁(yè)84第二層金屬淀積第二層金屬互連

14、形成第84頁(yè)/共108頁(yè)85第十四層掩模：第二層金屬刻蝕第二層金屬互連形成第85頁(yè)/共108頁(yè)86第二層金屬刻蝕第二層金屬互連形成第86頁(yè)/共108頁(yè)871）氧化層淀積2）氧化層CMP3）第十五層掩模：通孔刻蝕4）通孔刻蝕通孔2和鎢塞2的形成第87頁(yè)/共108頁(yè)88第二層層間介質(zhì)淀積通孔2和鎢塞2的形成第88頁(yè)/共108頁(yè)89第十五層掩模：通孔刻蝕通孔2和鎢塞2的形成第89頁(yè)/共108頁(yè)90通孔刻蝕通孔2和鎢塞2的形成第90頁(yè)/共108頁(yè)91通孔2和鎢塞2的形成鎢塞制作第91頁(yè)/共108頁(yè)921）金屬鈦?zhàn)钃鯇?）淀積鋁銅合金3）淀積氮化鈦4）第十六層掩模：第三層金屬刻蝕5）第一層金屬刻蝕第三層金屬互連形成第92頁(yè)/共108頁(yè)93第三層金屬淀積第三層金屬互連形成第93頁(yè)/共108頁(yè)94第十六層掩模：第三層金屬刻蝕第三層金屬互連形成第94頁(yè)/共108頁(yè)95第三層金屬刻蝕第三層金屬互連形成第95頁(yè)/共108頁(yè)961）氧化層淀積2）氧化層CMP3）第十七層掩模：通孔刻蝕4）通孔刻蝕通孔3和鎢塞3的形成第96頁(yè)/共108頁(yè)97第三層層間介質(zhì)淀積通孔3和鎢塞3的形成第97頁(yè)/共108頁(yè)98第十七層掩模：通孔刻蝕通孔3和鎢塞3的形成第98頁(yè)/共108頁(yè)99通孔刻蝕通孔3和鎢塞3的形成第99頁(yè)/共108頁(yè)1001）金屬鈦?zhàn)钃鯇?）淀積鋁銅合金3）淀積氮化鈦4）第十八