现代集成电路制造工艺原理-第九章

1、现代集成电路制造工艺原理-第九章第九章 集成电路制造工艺概况nCMOS工艺流程CMOS工艺流程n集成电路制造就是在硅片上执行一系列复杂的化学或者物理操作。n薄膜制作n刻印n刻蚀 n掺杂CMOS工艺流程中的主要制造步骤硅片制造厂的分区概述扩散n扩散区：一般认为是进行高温工艺及薄膜淀积的区域。n氧化，扩散，淀积，退火以及合金n主要设备n高温扩散炉n湿法清洗设备光刻n光刻的目的是将电路图形转移到覆盖于硅片表面的光刻胶上。n光刻胶是一种光敏的化学物质，对深紫外线和白光敏感，对黄光不敏感。在亚微米制造厂的光刻区在亚微米制造厂的光刻区Photo courtesy of Advanced Micro Dev

2、ices涂胶/显影设备&对准/曝光设备 n首先对硅片进行预处理，涂胶、甩胶、烘干，然后将硅片送入对准及曝光设备进行对准和曝光，最后回到涂胶/显影设备进行显影、清洗和再次烘干。刻蚀n刻蚀:在硅片上没有光刻胶保护的地方留下永久的图形。n常见工具n等离子体刻蚀机n等离子体去胶机n湿法清洗设备图9.5 干法等离子体刻蚀机示意图离子注入n气体带着要掺的杂质，在注入机中离化。利用高电压和磁场来控制并加速离子。高能杂质离子穿透了涂胶硅片的表面，注入到硅片的晶格结构中。 薄膜生长n负责介质层与金属层的淀积n温度低于扩散区n中低真空环境n设备n化学气相淀积（CVD）n金属溅射工具nSOG系统n快速退火装

3、置n。抛光（CMP）n抛光（CMP）工艺的目的是使硅片表面平坦化。是化学腐蚀与机械研磨的结合。 在亚微米制造厂的抛光区Photo courtesy of Advanced Micro DevicesCMOS制作步骤n双阱工艺n浅槽隔离工艺n多晶硅栅结构工艺n轻掺杂漏（LDD）注入工艺n侧墙的形成n漏/源（S/D）注入工艺n接触孔的形成n局部互连工艺n通孔1和金属塞1的形成n金属1互连的形成n通孔2和金属塞2的形成n金属2互连的形成n制作金属3直到制作压点及合金n参数测试双阱工艺-n阱n外延生长外延生长n原氧化生长（原氧化生长（1000C；150）n保护表面外延层n阻止在注入过程中对硅片过渡损伤

4、n控制杂质注入深度n第一层掩膜，第一层掩膜，n阱注入阱注入n检测刻印图形的线宽是否得当。如有重大缺陷，去胶返工。nn阱注入（高能）阱注入（高能）n磷；1mn退火退火n新的阻挡氧化层n扩散n修复损伤n激活双阱工艺-p阱n第二层掩膜，p阱注入np阱注入（高能）n硼的原子量为11，磷的原子量为31。所以注入硼所需的能量相当于注入磷所需的能量的三分之一n退火浅槽隔离工艺-STI槽刻蚀n隔离氧化层（150）n氮化物淀积nSTI氧化物淀积过程中保护有源区n在化学机械抛光这一步中充当抛光阻挡材料 n第三层掩膜，浅槽隔离nSTI槽刻蚀n刻蚀后检测内容：核实台阶高度，刻蚀速率，特征尺寸检测，缺陷检测浅槽隔离工艺

5、-STI氧化物填充n沟槽衬垫氧化硅n在曝露的隔离沟槽的侧壁上生长一层150的氧化层nSi3N4阻止氧分子向有源区扩散n改善硅和填充氧化物之间的界面特性n沟槽CVD氧化物填充n利用化学气相淀积完成浅槽隔离工艺-STI氧化层抛光-氮化物去除 n沟槽氧化物抛光（化学机械抛光）n氮化物去除n检查隔离氧化层厚度多晶硅栅结构工艺n栅氧化层的生长n清洗在进入氧化炉前的几个小时内进行n厚度20-50 n多晶硅淀积n厚度5000n淀积后掺杂n第四层掩膜，多晶硅栅n用于定义栅光刻胶的宽度是整个集成电路上最窄的结构。n必需进行的质量测量：特征尺寸、 套准精度、和缺陷检测n多晶硅栅刻蚀n使用最好的各向异性等离子体刻蚀

6、机，获得垂直的剖面轻掺杂漏注入工艺-n-LDD注入n第五层掩膜，n-LDD注入nn-LDD注入（低能量，浅结）n使用分子量比磷大的砷砷来进行选择注入轻掺杂漏注入工艺-p-LDD注入n第六层掩膜，p-LDD注入np-LDD注入（低能量，浅结）n使用分子量更大的BF2代替硼，获得浅结侧墙的形成n淀积二氧化硅n厚度：1000n二氧化硅反刻n使用各向异性刻蚀工具n不需要掩膜三源/漏注入工艺-n+源/漏注入n第七层掩膜， n+源/漏注入nn+源/漏注入 （中等能量）源/漏注入工艺-p+源/漏注入n第八层掩膜， p+源/漏注入np+源/漏注入 （中等能量）n退火n使用快速退火装置（RTP），有利于阻止结构

7、扩展，控制源/漏的杂质扩散接触（孔）的形成n钛的淀积n利用溅射工艺n退火n生成TiSi2n刻蚀金属钛n用化学方法刻蚀掉没有发生反应的金属钛n钛的好处n电阻低n能与硅发生充分反应。温度700C时，生成TiSi2。n和二氧化硅不发生反应。局部互连工艺-形成氧化硅介质的步骤n化学气相淀积氮化硅，作为阻挡层n掺杂氧化物的化学气相淀积n引入杂质能够提高玻璃的介电特性n退火使玻璃流动，得到更加平坦的表面n氧化层抛光n抛光后氧化层厚度约为8000n第九层掩膜，局部互连刻蚀局部互连工艺-制作局部互连金属的步骤n金属钛淀积n钛充当了钨与二氧化硅间的黏合剂n氮化钛淀积nTiN充当金属钨的扩散阻挡层n钨淀积n钨能够

8、无空洞地填充孔。n钨有良好的抛磨特性n磨抛钨n磨抛到局部互连介质层的上表面通孔1和钨塞1的形成-通孔1的形成n第一层层间介质氧化物淀积n氧化物磨抛n磨抛后氧化层厚度约为8000n第十层掩膜，第一层层间介质刻蚀n小孔直径不到0.25mn要进行严格的CD，OL,以及缺陷检测。通孔1和钨塞1的形成-钨塞1的形成n金属淀积钛阻挡层n淀积氮化钛n钨的扩散阻挡层n淀积钨n钨填满小的开口形成钨塞n磨抛钨n磨抛被钨涂覆的硅片直到第一层层间介质的上表面第一层金属（金属1）互连的形成n金属钛阻挡层淀积n提供钨塞和金属铝之间的良好键合。n提高金属叠加结构的稳定性n淀积铝铜合金n99%的铝，1%的铜n提高铝的稳定性n淀积氮化钛n抗反射层n第十一层掩膜，金属刻蚀通孔2和钨塞2的形成-通孔2的形成nILD-2间隙填充n高浓度等离子体化学气相淀积nILD-2氧化物淀积n等离子体增强化学汽相淀积nILD-2 氧化物平坦化n第十二层掩膜，ILD-2刻蚀通孔2和钨塞2的形成-钨塞2的形成n金属淀积钛阻挡层n使钨塞和铝紧密地结合n钛与层间介质材料的结合