《微电子学概论》-ch4集成电路制造工艺CMOS工艺.ppt

集成电路制造工艺,CMOS集成电路制造工艺,上一次课的主要内容,从原始硅片到封装测试前的关键工艺 图形转换：将设计在掩膜版(类似于照相底片)上的图形转移到半导体单晶片上。 工艺：光刻、刻蚀 掺杂：根据设计的需要，将各种杂质掺杂在需要的位置上，形成晶体管、接触等 工艺：扩散，离子注入 ，退火 薄膜制备：制作各种材料的薄膜 工艺：氧化，化学气相淀积，物理气相淀积,工艺集成,工艺集成：组合工艺，制备不同类型的集成电路,CMOS反相器,双极工艺 双极集成电路 CMOS工艺 CMOS集成电路,栅电极： 重掺杂的多晶硅,多晶硅,氧化层,金属,N 衬底,P 阱,Al,N+,N+,P+,P+,源,源,漏,漏,P+,体,N 衬底,P 阱,Al,N+,N+,P+,P+,源,源,漏,漏,P+,体,N型(100)衬底的原始硅片,P阱(well),N衬底,P阱CMOS集成电路工艺流程,制备阱的原因：需要在同一衬底上制备p和n两种类型MOSFET,N衬底,P,形成P阱 初始氧化：生成二氧化硅薄氧化层(氧化层作用) 淀积氮化硅层：离子注入时的掩蔽层 光刻，定义出P阱位置 反应离子刻蚀氮化硅层 P阱离子注入: 带氧化层注入,硼注入,N衬底,P阱,N衬底,P阱,推阱 退火驱入：使阱的深度达到所需要求（激活） 有一定氧化 去掉氮化硅、氧化层,N型(100)衬底的原始硅片,P阱(well),隔离,隔离工艺 MOS晶体管结构: 自隔离性 相邻MOS管之间区域（氧化层）上有导线经过时，寄生MOS管可能开启，相邻晶体管之间的隔离被破坏,器件间的泄漏电流，相互干扰甚至导致逻辑状态改变,隔离不完全,MOS集成电路隔离：如何防止寄生晶体管开启 增大场氧化层厚度 提高场氧下面硅层的表面掺杂浓度，提高阀值,N衬底,P阱,硼注入,生长一层薄氧化层 淀积一层氮化硅 光刻场区，有源区被光刻胶保护 反应离子刻蚀氮化硅 场区离子注入：同时也形成沟道阻挡层 热生长厚的场氧化层（激活，半槽氧化隔离） 去掉氮化硅层,LOCOS隔离(local oxidation),场氧光刻掩膜版,N衬底,P阱,N衬底,P阱,LOCOS隔离,鸟嘴现象：费面积，存在窄沟效应,NMOS、PMOS结构,NMOS结构 PMOS结构,N型(100)衬底的原始硅片,P阱(well),隔离,阈值调整注入,阈值调整注入 可以不用掩膜版 可以用掩膜版,N衬底,P阱,阈值调整注入,磷,阈值调整注入 可以不用掩膜版 直接注入磷，调整PMOS管的阈值电压 NMOS管有一定杂质补偿，与阱注入共同考虑，调整阈值电压,N衬底,P阱,阈值调整注入,磷,阈值调整注入：可以用掩膜版 PMOS阈值调整版光刻 注入磷 NMOS阈值调整版光刻 注入硼 去胶,硼,N衬底,P阱,磷,PMOS阀值调整掩膜版,淀积氮化硅层 利用掩膜版，光刻 离子注入区 磷离子注入，调节阀值 去掉氮化硅层,N衬底,P阱,硼,NMOS阀值调整掩膜版,淀积氮化硅层 利用掩膜版，光刻 离子注入区 硼离子注入，调节阀值 去掉氮化硅层,N 衬底,P 阱,Al,N+,N+,P+,P+,源,源,漏,漏,P+,体,阈值调整注入,栅氧化层和多晶硅栅,N衬底,P阱,磷,形成栅氧化层和多晶硅栅 去除氧化层 生长栅氧化层，同时热激活阈值注入 淀积多晶硅，注入磷形成掺杂多晶硅？ 刻蚀多晶硅栅（反应离子刻蚀）,形成重掺杂，且为N型，电子导电空穴导电,N衬底,P阱,阈值调整注入,栅氧化层和多晶硅栅,NMOS管源漏注入 PMOS管源漏注入,N衬底,P阱,PR,磷,形成NMOS管的源漏区 在光刻胶上刻蚀出NMOS管源漏区掺杂的窗口，利用光刻胶保护PMOS管区域 自对准离子注入磷或砷（需先形成多晶硅栅），形成N管源漏区 去掉光刻胶（Photoresist）,N衬底,P阱,PR,磷,N衬底,P阱,形成PMOS管的源漏区 在光刻胶上刻蚀出PMOS管源漏区掺杂的窗口，利用光刻胶保护NMOS管区域 自对准离子注入硼，形成P管源漏区、P阱引出 去掉光刻胶（Photoresist）,硼,P+,P+,P+,N衬底,P阱,硼,N衬底,P阱,P+,P+,P+,N+,N+,N衬底,P阱,P+,P+,P+,N+,N+,形成自对准多晶硅/硅化物（salicide）：降低寄生电阻 低温淀积氧化层 反应离子刻蚀氧化层，形成侧壁氧化层 淀积难熔金属Ti或Co等 低温退火，形成难溶金属硅化物TiSi2或CoSi 去掉氧化层上的没有发生化学反应的Ti或Co 高温退火，形成低阻稳定的TiSi2或CoSi2,N衬底,P阱,P+,P+,P+,N+,N+,形成自对准多晶硅/硅化物（salicide）：降低寄生电阻 低温淀积氧化层 反应离子刻蚀氧化层，形成侧壁氧化层 淀积难熔金属Ti或Co等 低温退火，形成难溶金属硅化物TiSi2或CoSi 去掉氧化层上的没有发生化学反应的Ti或Co 高温退火，形成低阻稳定的TiSi2或CoSi2,NMOS结构 PMOS结构,N型(100)衬底的原始硅片,P阱(well),隔离,阈值调整注入,栅氧化层和多晶硅栅,NMOS管源漏注入 PMOS管源漏注入,连线,连线 接触孔 金属连线,N衬底,P阱,P+,P+,P+,N+,N+,形成接触孔（为了实现层间互连） 淀积氧化层（层间绝缘） 退火和致密 反应离子刻蚀氧化层，形成接触孔,N衬底,P阱,P+,P+,P+,N+,N+,N衬底,P阱,P+,P+,P+,N+,N+,金属连线 形成接触孔后，淀积金属钨(W)，形成钨塞 淀积金属层，形成第一层金属，如Al-Si、Al-Si-Cu等 光刻金属版，定义出连线图形 刻蚀金属连线层，形成互连图形,形成穿通接触孔 化学气相淀积磷硅玻璃 通过化学机械抛光进行平坦化 光刻穿通接触孔版 反应离子刻蚀磷硅玻璃，形成穿通接触孔 形成第二层金属 淀积金属层，如Al-Si、Al-Si-Cu合金等 光刻第二层金属版，定义出连线图形 反应离子刻蚀，形成第二层金属互连图形,NMOS结构 PMOS结构,N型(100)衬底的原始硅片,P阱(well),隔离,连