微電子學概論ch4集成電路制造工藝CMOS工藝

上一次課的主要內(nèi)容從原始硅片到封裝測試前的關鍵工藝圖形轉換：將設計在掩膜版(類似于照相底片)上的圖形轉移到半導體單晶片上。工藝：光刻、刻蝕摻雜：根據(jù)設計的需要，將各種雜質摻雜在需要的位置上，形成晶體管、接觸等工藝：擴散，離子注入，退火薄膜制備：制作各種材料的薄膜工藝：氧化，化學氣相淀積，物理氣相淀積工藝集成

工藝集成：組合工藝，制備不同類型的集成電路CMOS反相器雙極工藝雙極集成電路CMOS工藝CMOS集成電路柵電極：重摻雜的多晶硅P

N+

N+AlAl多晶硅氧化層金屬N襯底P阱AlN+N+P+P+源源漏漏P+體N襯底P阱AlN+N+P+P+源源漏漏P+體N型(100)襯底的原始硅片P阱(well)N襯底P阱CMOS集成電路工藝流程制備阱的原因：需要在同一襯底上制備p和n兩種類型MOSFETN襯底P形成P阱初始氧化：生成二氧化硅薄氧化層(氧化層作用)淀積氮化硅層：離子注入時的掩蔽層光刻，定義出P阱位置反應離子刻蝕氮化硅層P阱離子注入:帶氧化層注入硼注入N襯底P阱N襯底P阱推阱退火驅入：使阱的深度達到所需要求（激活）有一定氧化去掉氮化硅、氧化層N型(100)襯底的原始硅片P阱(well)隔離

隔離工藝

MOS晶體管結構:自隔離性相鄰MOS管之間區(qū)域（氧化層）上有導線經(jīng)過時，寄生MOS管可能開啟，相鄰晶體管之間的隔離被破壞器件間的泄漏電流，相互干擾甚至導致邏輯狀態(tài)改變隔離不完全MOS集成電路隔離：如何防止寄生晶體管開啟增大場氧化層厚度提高場氧下面硅層的表面摻雜濃度，提高閥值N襯底P阱硼注入生長一層薄氧化層淀積一層氮化硅光刻場區(qū)，有源區(qū)被光刻膠保護反應離子刻蝕氮化硅場區(qū)離子注入：同時也形成溝道阻擋層熱生長厚的場氧化層（激活，半槽氧化隔離）去掉氮化硅層LOCOS隔離(localoxidation)場氧光刻掩膜版N襯底P阱N襯底P阱LOCOS隔離鳥嘴現(xiàn)象：費面積，存在窄溝效應NMOS、PMOS結構NMOS結構PMOS結構N型(100)襯底的原始硅片P阱(well)隔離閾值調整注入閾值調整注入可以不用掩膜版可以用掩膜版N襯底P阱閾值調整注入磷閾值調整注入可以不用掩膜版直接注入磷，調整PMOS管的閾值電壓

NMOS管有一定雜質補償，與阱注入共同考慮，調整閾值電壓N襯底P阱閾值調整注入磷

閾值調整注入：可以用掩膜版

PMOS閾值調整版光刻 注入磷

NMOS閾值調整版光刻 注入硼 去膠硼N襯底P阱磷PMOS閥值調整掩膜版淀積氮化硅層利用掩膜版，光刻離子注入?yún)^(qū)磷離子注入，調節(jié)閥值去掉氮化硅層N襯底P阱硼NMOS閥值調整掩膜版淀積氮化硅層利用掩膜版，光刻離子注入?yún)^(qū)硼離子注入，調節(jié)閥值去掉氮化硅層N襯底P阱AlN+N+P+P+源源漏漏P+體閾值調整注入柵氧化層和多晶硅柵N襯底P阱磷形成柵氧化層和多晶硅柵去除氧化層生長柵氧化層，同時熱激活閾值注入淀積多晶硅，注入磷形成摻雜多晶硅？刻蝕多晶硅柵（反應離子刻蝕）形成重摻雜，且為N型，電子導電>空穴導電N襯底P阱閾值調整注入柵氧化層和多晶硅柵NMOS管源漏注入PMOS管源漏注入N襯底P阱PR磷形成NMOS管的源漏區(qū)在光刻膠上刻蝕出NMOS管源漏區(qū)摻雜的窗口，利用光刻膠保護PMOS管區(qū)域自對準離子注入磷或砷（需先形成多晶硅柵），形成N管源漏區(qū)去掉光刻膠（Photoresist）N襯底P阱PR磷N襯底P阱形成PMOS管的源漏區(qū)在光刻膠上刻蝕出PMOS管源漏區(qū)摻雜的窗口，利用光刻膠保護NMOS管區(qū)域自對準離子注入硼，形成P管源漏區(qū)、P阱引出去掉光刻膠（Photoresist）硼P+P+P+N襯底P阱硼N襯底P阱P+P+P+N+N+N襯底P阱P+P+P+N+N+形成自對準多晶硅/硅化物（salicide）：降低寄生電阻低溫淀積氧化層反應離子刻蝕氧化層，形成側壁氧化層淀積難熔金屬Ti或Co等低溫退火，形成難溶金屬硅化物TiSi2或CoSi去掉氧化層上的沒有發(fā)生化學反應的Ti或Co高溫退火，形成低阻穩(wěn)定的TiSi2或CoSi2N襯底P阱P+P+P+N+N+形成自對準多晶硅/硅化物（salicide）：降低寄生電阻低溫淀積氧化層反應離子刻蝕氧化層，形成側壁氧化層淀積難熔金屬Ti或Co等低溫退火，形成難溶金屬硅化物TiSi2或CoSi去掉氧化層上的沒有發(fā)生化學反應的Ti或Co高溫退火，形成低阻穩(wěn)定的TiSi2或CoSi2NMOS結構PMOS結構N型(100)襯底的原始硅片P阱(well)隔離閾值調整注入柵氧化層和多晶硅柵NMOS管源漏注入PMOS管源漏注入連線P

N+

N+AlAl

連線接觸孔金屬連線N襯底P阱P+P+P+N+N+形成接觸孔（為了實現(xiàn)層間互連）淀積氧化層（層間絕緣）退火和致密反應離子刻蝕氧化層，形成接觸孔N襯底P阱P+P+P+N+N+N襯底P阱P+P+P+N+N+金屬連線形成接觸孔后，淀積金屬鎢(W)，形成鎢塞淀積金屬層，形成第一層金屬，如Al-Si、Al-Si-Cu等光刻金屬版，定義出連線圖形刻蝕金屬連線層，形成互連圖形形成穿通接觸孔化學氣相淀積磷硅玻璃通過化學機械拋光進行平坦化光刻穿通接觸孔版反應離子刻蝕磷硅玻璃，形成穿通接觸孔形成第二層金屬淀積金屬層，如Al-Si、Al-Si-Cu合金等光刻第二層金屬版，定義出連線圖形反應離子刻蝕，形成第二層金屬互連圖形NMOS結構PMOS結構N型(100)襯底的原始硅片P阱(well)隔離連線鈍化