《微電子學(xué)概論》-ch4集成電路制造工藝CMOS工藝.ppt

1、集成電路制造工藝,CMOS集成電路制造工藝,上一次課的主要內(nèi)容,從原始硅片到封裝測(cè)試前的關(guān)鍵工藝 圖形轉(zhuǎn)換：將設(shè)計(jì)在掩膜版(類似于照相底片)上的圖形轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體單晶片上。 工藝：光刻、刻蝕 摻雜：根據(jù)設(shè)計(jì)的需要，將各種雜質(zhì)摻雜在需要的位置上，形成晶體管、接觸等 工藝：擴(kuò)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(xué)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?fù)诫s的多晶硅,多晶硅,氧化層,金屬,N 襯底,P 阱,Al,N+,N+,P+,P+,源,源,漏,漏,

2、P+,體,N 襯底,P 阱,Al,N+,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MOSFET,N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(shí)的掩蔽層 光刻，定義出P阱位置 反應(yīng)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(qū)入：使阱的深度達(dá)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

3、結(jié)構(gòu): 自隔離性 相鄰MOS管之間區(qū)域（氧化層）上有導(dǎo)線經(jīng)過時(shí)，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(dǎo)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(chǎng)氧化層厚度 提高場(chǎng)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(chǎng)區(qū)，有源區(qū)被光刻膠保護(hù) 反應(yīng)離子刻蝕氮化硅 場(chǎng)區(qū)離子注入：同時(shí)也形成溝道阻擋層 熱生長厚的場(chǎng)氧化層（激活，半槽氧化隔離） 去掉氮化硅層,LOCOS隔離(local oxidation),場(chǎng)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(fèi)面

4、積，存在窄溝效應(yīng),NMOS、PMOS結(jié)構(gòu),NMOS結(jié)構(gòu) PMOS結(jié)構(gòu),N型(100)襯底的原始硅片,P阱(well),隔離,閾值調(diào)整注入,閾值調(diào)整注入 可以不用掩膜版 可以用掩膜版,N襯底,P阱,閾值調(diào)整注入,磷,閾值調(diào)整注入 可以不用掩膜版 直接注入磷，調(diào)整PMOS管的閾值電壓 NMOS管有一定雜質(zhì)補(bǔ)償，與阱注入共同考慮，調(diào)整閾值電壓,N襯底,P阱,閾值調(diào)整注入,磷,閾值調(diào)整注入：可以用掩膜版 PMOS閾值調(diào)整版光刻 注入磷 NMOS閾值調(diào)整版光刻 注入硼 去膠,硼,N襯底,P阱,磷,PMOS閥值調(diào)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(diào)節(jié)閥值 去掉氮化硅層,N襯

5、底,P阱,硼,NMOS閥值調(diào)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(diào)節(jié)閥值 去掉氮化硅層,N 襯底,P 阱,Al,N+,N+,P+,P+,源,源,漏,漏,P+,體,閾值調(diào)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(shí)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(yīng)離子刻蝕）,形成重?fù)诫s，且為N型，電子導(dǎo)電空穴導(dǎo)電,N襯底,P阱,閾值調(diào)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，

6、利用光刻膠保護(hù)PMOS管區(qū)域 自對(duì)準(zhǔn)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(hù)NMOS管區(qū)域 自對(duì)準(zhǔn)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(duì)準(zhǔn)多晶硅/硅化物（salicide）：降低寄生電阻 低溫淀積氧化層 反應(yīng)離子刻蝕氧化層，形成側(cè)壁氧化層 淀積難熔金屬Ti

7、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(xué)反應(yīng)的Ti或Co 高溫退火，形成低阻穩(wěn)定的TiSi2或CoSi2,N襯底,P阱,P+,P+,P+,N+,N+,形成自對(duì)準(zhǔn)多晶硅/硅化物（salicide）：降低寄生電阻 低溫淀積氧化層 反應(yīng)離子刻蝕氧化層，形成側(cè)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(xué)反應(yīng)的Ti或Co 高溫退火，形成低阻穩(wěn)定的TiSi2或CoSi2,NMOS結(jié)構(gòu) PMOS結(jié)構(gòu),N型(100)襯底的原始硅片,P阱(well),隔離,閾值調(diào)整注入,柵氧化層和多晶硅柵,NMOS

8、管源漏注入 PMOS管源漏注入,連線,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(shí)現(xiàn)層間互連） 淀積氧化層（層間絕緣） 退火和致密 反應(yīng)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(xué)氣相淀積磷硅玻璃 通過化學(xué)機(jī)械拋光進(jìn)行平坦化 光刻穿通接觸孔版 反應(yīng)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(yīng)離子刻蝕，形成第二層金屬互連圖形,NMOS結(jié)構(gòu) PMOS結(jié)構(gòu),N型(100)襯底的原始硅片,P阱(well),隔離,連