集成电路制造流程ppt课件

1、1芯片制造过程2021-04-232集成电路制造流程2021-04-23晶圆- 单晶制备3直拉法拉单晶2021-04-23晶圆- 单晶制备4区熔法拉单晶 为了得到所需的电阻率的晶体，掺杂资料被加到拉单晶炉的熔体中，纯硅的电阻率在2.5X105欧cm. 掺杂浓度在2X1021/m3,电阻率1020欧 cm.2021-04-23晶圆 - 切片5切片磨片倒角得到晶圆2021-04-23晶圆制备 - 外延层硅的外延开展的原因是为了提高双极器件和集成电路的性能。外延层就是在重掺杂衬底上生长一层轻掺杂的外延层。外延层的作用在优化PN结击穿电压的同时降低了集电极电阻。在CMOS工艺中器件尺寸的减少将闩锁效应

2、降到最低。62021-04-23光刻7光刻的本质是把电路构造复制到以后要进展刻蚀和离子注入的硅片上。这些构造首先以图形的方式制造在掩膜板的玻璃板上，经过紫外光透过掩膜板把图形转移到硅片上的光敏薄膜上。2021-04-23光刻光刻运用光敏资料和可控的曝光在硅外表构成三维图形。光刻的过程是照相、光刻、掩膜、图形构成过程的总称。总的来说，光刻就在将图形转移到一个平面的任一复制过程。光刻通常被以为是IC制造中最关键的步骤，需求很高的性能才干结合其他工艺获得高废品率的最终产品。据估计光刻本钱在整个硅片加工本钱中几乎占到1/3.82021-04-23光刻92021-04-23掺杂硅片在生长过程中被掺入了杂

3、质原子，从而构成了P型和N型硅。杂质的类型由制造商决议，在硅片制造过程中，有选择地引入杂质可以在硅片上产生器件。这些杂质经过硅片上的掩膜窗口，进入硅的晶体构造中，构成掺杂区。掺杂的工艺分散和离子注入2种方法。102021-04-23掺杂 - 分散硅中固态杂质的分散需求3个步骤：预淀积、推进推阱、和退火激活杂质。预淀积过程中，硅片被送入到高温分散炉中，杂质从源转移到分散炉中，温度800到1100继续1030分钟，杂质仅进入了硅片很薄的一层。推进：在高温过程中1000到1250，使淀积的杂质穿过硅晶体，在硅中构成期望的结深。退火：温度略微升高一点，使杂质原子与硅中原子键合，激活杂原子。112021

4、-04-23掺杂 - 离子注入离子注入是一种向硅资料中引入可控数量的杂质，以改动其电学性能的方法。在现代硅制造过程中有广泛的运用，其中最主要的用途是掺杂半导体资料，离子注入可以反复控制杂质浓度和深度，在几乎一切的运用中都优于分散。12离子注入机表示图2021-04-23掺杂 - 离子注入准确控制杂质含量误差在2%左右, 分散工艺为510%很好的杂质均匀性经过扫描的方法来控制杂质的均匀性对杂质穿透深度有很好的控制经过控制离子束能量控制杂质的穿透深度低温工艺注入温度在中温125下进展高速离子束能穿过薄膜更小的侧墙分散，使器件分布间隔更加严密，减小栅-源和栅-漏重叠。132021-04-23CVD化

5、学气候淀积化学气候淀积是经过气体的化学反响在硅片外表上淀积一层固体膜的工艺。CVD工艺经常用来淀积1.二氧化硅：用于构成层间介质，浅槽隔离的填充物和侧墙。2.氮化硅：用于制造浅槽隔离用的掩膜和硅片最终的钝化层。3.多晶硅：用于淀积多晶硅栅或多晶硅电阻。142021-04-23N阱分散N阱CMOS工艺中，NMOS位于外延层，而PMOS位于N阱中。晶片热化后运用N阱掩膜板对外延层上的氧化层上的光刻胶进展光刻，氧化物刻蚀出窗口后，从窗口注入一定剂量的磷离子。高温推结工艺产生深的轻掺杂N型区域，称为N阱。152021-04-23场注入(沟道终止注入)为了制造适用的MOS管，CMOS工艺不断谨慎的减小阈

6、值电压。LOCOSlocal oxidation of silicon，部分氧化可以运用厚的场氧来提高后场阈值电压，防止在场氧下构成反型层。同时可以在场区下面选择性注入一些杂质来提高厚场区的阈值电压。P区接受P型的场区注入，N区接受N型的沟道注入。在一切场氧生长的地方都需求进展场注入：1、场区注入时可以确保场氧在较大电压偏置下不会构成反型层。2、重掺杂下的反偏PN结的反向漏电流很小，确保2个MOSFET不会导通。162021-04-23场氧热氧化生长热氧化即经过把硅暴露在高纯氧的高温气气氛里完成均匀氧化层的生长。热氧化分为湿氧氧化和干氧氧化两种。湿氧氧化：当反响中有水汽参与，即湿氧氧化，氧化速

7、率较快。干氧氧化：假设氧化反响在没有水汽的环境里，称为干氧氧化。172021-04-23场氧热氧化生长湿氧氧化由于水蒸气在Si中的分散速度比氧气快，所以湿氧氧化速度快，氧化膜的质量差。干氧氧化速度慢，但是氧化膜的致密度较好。湿氧氧化普通用于制造场氧，干法氧化用于制造硅栅用的薄氧。182021-04-23栅氧和阈值电压调整未经调整的PMOS管的阈值电压在-1.5 V到-1.9 V之间，NMOS能够在-0.2 V到0.2 V之间。所以在栅氧厚度在0.01 um0.03 um生长后，普通在栅氧区注入硼来进展阈值电压调整。工艺线上普通同时对NMOS和PMOS进展阈值电压调整，将NMOS阈值电压调整到0

8、.70.8 V，PMOS调整到0.80.9 V阱区掺杂浓度过高会导致阱区结电容和衬偏效应更加明显，阈值电压调整可以降低阱的掺杂浓度。192021-04-23多晶硅淀积运用多晶硅掩膜也成Poly层光刻淀积多晶硅层，现代工艺足以制造22 nmMay 2，2021的多晶硅栅。栅长的变化直接影响晶体管的跨度，因此对多晶硅的刻蚀成为了CMOS工艺中最关键的光刻步骤，也是最有挑战性的光刻步骤。普通我们把能刻蚀的最小栅长称为工艺线的特征尺寸。运用SiH4在650下化学气候淀积多晶硅留意10001250会构成单晶硅对多晶硅层进展磷离子注入，用于减小多晶硅的方块电阻10-40 / 。202021-04-23源/

9、漏注入运用硼掺杂来构成P+有源区，用于构成PMOS器件，现代工艺普通运用多晶硅栅来做自对准。P+也用于和P衬底接触，将衬底置于固定某一定电压普通为最低电压，比如地来防止NMOS发生闩锁效应latch-up。212021-04-23源/漏注入运用砷离子注入来构成N+有源区，用于构成NMOS器件，采用多晶硅栅来做自对准。N+也用于来和N阱构成阱接触，将N阱置于固定某一电压普通为最高电压VDD或源端电压，来防止PMOS发生闩锁效应(latch-up).222021-04-23接触孔完成源/漏注入后，会运用CVD技术在晶圆上覆盖一层0.25um0.5um的SiO2。然后在需求和金属接触的地方打出接触孔

10、，以便让金属层同有源区或多晶硅构成欧姆接触。232021-04-23金属化运用金属层来进展器件的电气衔接，金属早期普通运用铝资料。由于铝资料容易发生电迁移，某些工艺线会运用掺铜的铝来降低发生电迁移的能够性。现代超深亚微米工艺普通运用铜来进展互连。双层金属流程需求5块掩模版：接触孔用于和有源区或多晶硅进展欧姆接触，金属一，通孔衔接金属一和金属二，金属二。242021-04-23钝化层在完成金属化后，会运用CVD工艺先淀积一层SiO2来做钝化层，最后再淀积Si3N4进展钝化，更好隔绝湿气。252021-04-23工艺扩展双阱工艺双层PolyNMOS和PMOS运用不同的阈值电压调整多层金属，早期运用

11、一层金属，渐渐扩展到双层金属，0.35um工艺可以提供34层金属，现代工艺足以提供6层以上的金属。镍铬合金薄膜电阻金属膜电阻，高方块电阻阻BiCMOS工艺BCD工艺HVCMOS工艺262021-04-23幅员Layout设计272021-04-23幅员设计282021-04-23幅员设计292021-04-23集成电路设计制造过程302021-04-23集成电路设计制造过程312021-04-23集成电路设计制造过程322021-04-23集成电路设计制造过程332021-04-23集成电路设计制造过程342021-04-23集成电路设计制造过程352021-04-23集成电路设计制造过程36

12、2021-04-23集成电路设计制造过程372021-04-23幅员构造集成电路加工的平面工艺设计 制版 加工 成片芯片的剖面构造38 芯片的剖面构造从平面工艺到立体构造，需求多层掩膜版，所以幅员是分层次的，由多层图形叠加而成。2021-04-23幅员392021-04-23幅员402021-04-23幅员41N-wellP+ implantPloy 1ContactViaActiveN+ implantMetal 1Metal 22021-04-23幅员422021-04-23幅员1、N阱做N阱的封锁图形处，窗口注入构成P管的衬底2 、有源区做晶体管的区域G,D,S,B区，封锁图形处是氮化硅

13、掩蔽层，该处不会长场氧化层3 、多晶硅做硅栅和多晶硅连线。封锁图形处，保管多晶硅4 、有源区注入P+,N+区。做源漏及阱或衬底衔接区的注入5 、接触孔多晶硅，分散区和金属线1接触端子。6 、金属线1做金属连线，封锁图形处保管铝7 、通孔两层金属连线之间衔接的端子8 、属线2做金属连线，封锁图形处保管铝432021-04-23幅员1、N阱做N阱的封锁图形处，窗口注入构成P管的衬底442021-04-23幅员2 、有源区做晶体管的区域G,D,S,B区，封锁图形处是氮化硅掩蔽层，该处不会长场氧化层452021-04-23幅员3 、多晶硅做硅栅和多晶硅连线。封锁图形处，保管多晶硅462021-04-23幅员4 、有源区注入P+,N+区。做源漏及阱或衬底衔接区的注入472021-04-23幅员4 、有源区注入P+ 区。482021-04-23幅员5 、接触孔多晶硅，分散区和金属线1接触端子492021-04-23幅员6 、金属线1做金属连线，封锁图形处保管铝502021-04-23幅员51反相器的幅员与原理图对照