集成電路制造工藝課件(一)

集成電路制造工藝東華理工大學(xué)彭新村xcpeng@ecit.c10章工藝集成集成電路中的隔離1CMOS集成電路的工藝集成234雙極集成電路的工藝集成BiCMOS集成電路的工藝集成工藝集成：——運(yùn)用各類工藝形成電路結(jié)構(gòu)的制造過程CMOS集成電路的工藝集成雙極型集成電路的工藝集成BiCMOS集成電路的工藝集成§10.1集成電路中的隔離一.MOS集成電路中的隔離局部場氧化工藝（Localoxidationofsilicon，LOCOS）改進(jìn)的LOCOS工藝淺槽隔離（Shallowtrenchisolation，STI）CMOS自隔離及寄生MOS示意圖LOCOS工藝流程硅片清洗生長緩沖SiO2層LPCVD淀積Si3N4涂膠LOCOS掩模板曝光顯影刻蝕去膠隔離注入熱氧化刻蝕氮化硅LOCOS工藝的缺點(diǎn)1.鳥嘴的形成（Bird’sbeak）由于氧的橫向擴(kuò)散，硅的氧化反應(yīng)是各向同性的氧化物在氮化硅下面的生長形成鳥嘴浪費(fèi)硅片的有效面積2.厚的氧化層造成表面凹凸不平，加重臺階覆蓋問題改進(jìn)的LOCOS工藝回刻的LOCOS工藝側(cè)墻掩蔽的隔離工藝多晶硅緩沖層的LOCOS工藝（PBL）淺槽隔離（STI）STL不會產(chǎn)生鳥嘴更平坦的表面更多的工藝步驟LOCOS工藝相對簡單，便宜，高產(chǎn)率當(dāng)特征尺寸<0.35um不再適用STI工藝流程程掩模板光刻刻蝕形成成淺槽STI工藝流程程高壓CVDSiO2CMPSiO2至Si3N4層CMP去去除Si3N4SOI技術(shù)介質(zhì)質(zhì)隔離絕緣體上上外延硅硅結(jié)合STI技技術(shù)橫向和縱縱向的完完全隔離離工藝較復(fù)復(fù)雜二.雙極極型電路路中的隔隔離pn結(jié)隔隔離：（形成工工作區(qū)－－光刻出出隔離區(qū)區(qū)－離子子注入與與工作區(qū)區(qū)反型的的雜質(zhì)形形成pn結(jié)），，工藝簡簡單缺點(diǎn)：隔隔離區(qū)較較寬，降降低集成成度；；隔離擴(kuò)散散引入了了大的收收集區(qū)－－襯底和和收集區(qū)區(qū)－基區(qū)區(qū)電容，，不利于于電路速速度的提提高深槽隔離離：與淺槽隔隔離類似似§10.2CMOS集成電路路中的工藝藝集成MOS集集成電路路工藝的的發(fā)展：：70－80年代，nMOS為IC主流流技術(shù)：多晶硅柵替替代鋁柵，，源漏自對對準(zhǔn)結(jié)構(gòu)；；離子注入技技術(shù)提高溝溝道和源漏漏區(qū)摻雜的的控制能力力80年代之之后，CMOS工藝成為IC主流技技術(shù)：帶側(cè)墻的漏漏端輕摻雜雜結(jié)構(gòu)；自自對準(zhǔn)硅化化物技術(shù)；；淺槽隔離離技術(shù)；氮氮化二氧氧化硅柵介介質(zhì)材料；；暈環(huán)技術(shù)術(shù)；雙摻雜雜多晶硅技技術(shù)；化學(xué)學(xué)機(jī)械拋光光（CMP）；大馬馬士革鑲嵌嵌工藝和銅銅互連技術(shù)術(shù)今后發(fā)展趨趨勢：超薄SOICMOS器件，，納米硅器器件，雙柵柵器件等CMOS工藝中的基基本模塊及及對器件性性能的影響響CMOSIC中的的阱:單阱（SingleWell）雙阱（TwinWell）自對準(zhǔn)雙阱阱（Self-alignedTwinWell）阱的制備工工藝：高能離子注注入高溫退火雜雜質(zhì)推進(jìn)單阱P阱CMOS（靜態(tài)邏輯輯電路）N阱CMOS（動態(tài)邏輯輯電路）雙阱需要兩塊掩掩模版更平坦的表表面先進(jìn)CMOSIC工藝中最最常用的自對準(zhǔn)雙阱阱工藝優(yōu)點(diǎn)：只需要一塊塊掩模版，，減少工藝藝成本缺點(diǎn)：硅片表面不不平坦，影影響后續(xù)的的介質(zhì)淀積積一般先離子子注入形成成N阱，因因?yàn)镻在高高溫下的擴(kuò)擴(kuò)散比B慢慢，避免了了氧化時雜雜質(zhì)的擴(kuò)散散CMOS集成電路中中的柵電極極（Gate）普通金屬柵柵（鋁柵））多晶硅柵（（雙摻雜自自對準(zhǔn)多晶晶硅工藝））高k柵介質(zhì)質(zhì)及金屬柵柵（鎢柵及及Ta2O5）高k柵介質(zhì)及金金屬柵器件尺寸縮縮小（<0.1um），氧化化層厚度越越來越薄，，需要采用用高k介質(zhì)質(zhì)代替SiO2作為柵介質(zhì)質(zhì)層保證儲存足足夠的電荷荷來開啟MOSFET，并有有效防止隧隧穿及擊穿穿金屬柵具有有更低的電電阻率，能能有效地提提高器件的的速度采用高k柵柵介質(zhì)和金金屬柵是未未來的一個個發(fā)展方向向CMOS集成電路中中的源漏結(jié)結(jié)構(gòu)源漏結(jié)構(gòu)及及工藝的發(fā)發(fā)展：蒸發(fā)或固相相擴(kuò)散離子注入輕摻雜源漏漏結(jié)構(gòu)源漏擴(kuò)展結(jié)結(jié)構(gòu)暈環(huán)結(jié)構(gòu)輕摻雜源漏漏（LDD）結(jié)構(gòu)熱電子效應(yīng)應(yīng)LDD結(jié)構(gòu)構(gòu)LDD工藝藝流程低劑量注入入形成輕摻摻雜層淀積氮化硅硅層刻蝕氮化硅硅層形成側(cè)側(cè)墻高劑量，高高能量離子子注入形成成重?fù)诫s層層退火驅(qū)進(jìn)形形成源漏暈環(huán)注入（（haloimplantation）進(jìn)一步降低低短溝效應(yīng)應(yīng)，降低源源漏區(qū)橫向向擴(kuò)散提高雜質(zhì)分分布梯度以以降低源漏漏串聯(lián)電阻阻自對準(zhǔn)結(jié)構(gòu)構(gòu)和接觸CMOSIC工藝流程80年代主主流工藝90年代主主流工藝當(dāng)前主流工工藝（見課件））§10.3雙極型集成成電路的工工藝集成平面雙極集集成電路工工藝：標(biāo)準(zhǔn)埋層雙雙極晶體管管（SBC）收集區(qū)擴(kuò)散散絕緣雙極極晶體管（（CDI））三擴(kuò)散層雙雙極晶體管管（3D））SBC晶晶體管的結(jié)結(jié)構(gòu)SBC雙極極集成電路路工藝流程程（見課件））先進(jìn)的隔離離技術(shù)（深槽隔離離DTI代代替pn結(jié)結(jié)隔離，減減少隔離面面積，增加加集成度））多晶硅發(fā)射射極（減少發(fā)射射區(qū)表面復(fù)復(fù)合速率，，改善晶體體管電流增增益，縮小小器件縱向向尺寸）自對準(zhǔn)發(fā)射射極和基區(qū)區(qū)接觸（自對準(zhǔn)，，減少光刻刻，減少器器件內(nèi)部電電極接觸之之間的距離離）§10.4BiCMOS的工藝集成成雙極集成電電路優(yōu)點(diǎn):高速、驅(qū)動動能力強(qiáng)，，適合于高高精度模擬擬電路雙極集成電電路缺點(diǎn)點(diǎn)：功耗耗高高，，集集成成度度低低CMOS集集成成電電路路優(yōu)點(diǎn)：功耗低，高集集成度CMOS集成成電路缺點(diǎn)：速度低，驅(qū)動動能力差BiCMOS技術(shù)，利用CMOS器件制作高集成度、低功耗部分，利用雙極器件制作輸入和輸出部分或者高速部分以CMOS工工藝為基礎(chǔ)的的BiCMOS工藝以標(biāo)準(zhǔn)雙極工工藝為基礎(chǔ)的的雙阱BiCMOS工藝藝小結(jié)MOS集成電電路中的隔離離LOCOS工工藝，改進(jìn)的LOCOS工藝藝，淺槽隔離離雙極型集成電電路中的隔離離pn結(jié)隔離，，深槽隔離CMOS集成成電路中的基基本模塊阱（單阱、雙雙阱、自對準(zhǔn)雙阱）柵電極（多晶硅柵、金屬柵和高高k柵介質(zhì)層層）源漏結(jié)構(gòu)（輕摻雜源漏結(jié)結(jié)構(gòu)LDD）接觸層（自對準(zhǔn)硅化物物工藝）COMS工藝藝流程80年代工藝藝（LOCOS、PSG回流、正膠膠光刻等）90年代工藝藝（外延硅、、STI、LDD、CMP等）當(dāng)前主流工藝藝（SOIwithSTI、Cu及低k介質(zhì)質(zhì)）雙極電路工藝藝流程SBC、CDI、3DBiCMOS工藝流程雙極電路和CMOS電路路的優(yōu)缺點(diǎn)以CMOS工工藝為基礎(chǔ)的的BiCMOS工藝以雙極工藝為為基礎(chǔ)的雙阱阱BiCMOS工藝9、靜夜夜四無無鄰，，荒居居舊業(yè)業(yè)貧。。。12月月-2212月月-22Thursday,December29,202210、雨中黃葉葉樹，燈下下白頭人。。。22:04:4322:04:4322:0412/29/202210:04:43PM11、以我獨(dú)沈久久，愧君相見見頻。。12月-2222:04:4322:04Dec-2229-Dec-2212、故人江海別別，幾度隔山山川。。22:04:4322:04:4322:04Thursday,December29,202213、乍乍見見翻翻疑疑夢夢，，相相悲悲各各問問年年。。。。12月月-2212月月-2222:04:4322:04:43December29,202214、他鄉(xiāng)生白白發(fā)，舊國國見青山。。。29十二二月202210:04:43下下午22:04:4312月-2215、比比不不了了得得就就不不比比，，得得不不到到的的就就不不要要。。。。。十二二月月2210:04下下午午12月月-2222:04December29,202216、行動出成果果，工作出財(cái)財(cái)富。。2022/12/2922:04:4322:04:4329December202217、做前前，能能夠環(huán)環(huán)視四四周；；做時時，你你只能能或者者最好好沿著著以腳腳為起起點(diǎn)的的射線線向前前。。。10:04:43下下午午10:04下下午22:04:4312月月-229、沒沒有有失失敗敗，，只只有有暫暫時時停停止止成成功功??！。。12月月-2212月月-22Thursday,December29,202210、很多事事情努力力了未必必有結(jié)果果，但是是不努力力卻什么么改變也也沒有。。。22:04:4322:04:4322:0412/29/202210:04:43PM11、成功就是是日復(fù)一日日那一點(diǎn)點(diǎn)點(diǎn)小小努力力的積累。。。12月-2222:04:4322:04Dec-2229-Dec-2212、世間間成事事，不不求其其絕對對圓滿滿，留留一份份不足足，可可得無無限完完美。。。22:04:4422:04:4422:04Thursday,December29,202213、不不知知香香積積寺寺，，數(shù)數(shù)里里入入云云峰峰。。。。12月月-2212月月-2222:04:4422:04:44December29,202214、意志堅(jiān)堅(jiān)強(qiáng)的人人能把世世界放在在手中像像泥塊一一樣任意意揉捏。。29十十二二月202210:04:44下下午22:04:4412月-2215、楚楚塞塞三三湘湘接接，，荊荊門門九九派派通通。。。。。十二二月月2210:04下下午午12月月-2222:04December29,202216、少少年年十十五五二二十十時時，，步步行行奪奪得得胡胡馬馬騎騎。。。。2022/12/2922:04:4422:04:4429December202217、空山新雨后后，天氣晚來來秋。。10:04:44下午午10:04下下午22:04:4412月-229、楊柳柳散和和風(fēng)，，青山山澹吾吾慮。。。12月月-2212月月-22Thursday,December29,202210、閱讀讀一切切好書書如同同和過過去最最杰出出的人人談話話。22:04:4422:04:4422:0412/29/202210:04:44PM11、越是沒沒有本領(lǐng)領(lǐng)的就越越加自命命不凡。。12月-2222:04:4422:04Dec-2229-Dec-2212、越是無能的的人，越喜歡歡挑剔別人的的錯兒。22:04:4422:04:4422:04Thursday,December29,202213、知人者智智，自知者者明。勝人人者有力，，自