集成电路制造工艺 教学课件作者 刘新 彭勇 蒲大雁 主编 第3章 集成电路制造工艺概况

第3章集成电路制造工艺概况本章的学习目标：1.了解典型双极型晶体管制造工艺流程。2.了解典型MOS制作工艺流程。3.了解典型CMOS制作工艺流程。3.1双极型晶体管制造工艺概况一个典型的NPN双极性晶体管的制作工艺流程:1.衬底制备。衬底采用轻掺杂的P型硅。2.埋层制备为了减小集电区的串联电阻，并减小寄生PNP管的影响，在集电区的外延层和衬底间通常要制作N+埋层。图3-1P型硅衬底图3-2制备埋层3.外延层去除全部二氧化硅后，外延生长一层轻掺杂的硅。此外延层作为集电区。整个双极型集成电路便制作在这一外延层上。图3-3外延工艺4.形成隔离区先生长一层二氧化硅，然后进行二次光刻，刻蚀出隔离区，接着预淀积硼（或者采用离子注入），并退火使杂质推进到一定距离，形成P型隔离区。这样器件之间的电绝缘就形成了。图3-4形成隔离区5.深集电极接触的制备这里的“深”指集电极接触深入到了N型外延层的内部。为降低集电极串联电阻，需要制备重掺杂的N型接触，进行第三次光刻，刻蚀出集电极，再注入（或扩散）磷并退火。6.基区的形成先进行第四次光刻，刻蚀出基区，然后注入硼并退火，使其扩散形成基区。由于基区掺杂元素及其分布直接影响器件电流增益、截止频率等特性，因此注入硼的剂量和能量要特别加以控制。图3-6形成基区7.发射区形成在基区上生长一层氧化物，进行第五次光刻，刻蚀出发射区，进行磷或砷注入（或扩散），并退火形成发射区。8.金属接触淀积二氧化硅后，进行第六次光刻，刻蚀出接触窗口，用于引出电极线。接触孔中通过溅射金属铝形成欧姆接触。3.2MOS场效应晶体管工艺概况

1.铝栅N型沟道MOS管铝栅N沟道MOS制作工艺流程如图3-8所示。图3-8铝栅N型沟道MOS管工艺流程2．硅栅P型沟道MOS管图3-9硅栅P型沟道MOS管制作流程图3-10硅栅P型沟道MOS管工艺流程剖面图3.3CMOS集成电路工艺概况

P阱CMOS电路的工艺流程1．选择衬底

衬底可以是N型的，也可以是P型的，选择类型不同，制作工艺也是有差别的，但原理是相同的。2．P阱的制作

首先用热氧化法（干-湿-干氧化模式）在衬底或外延层上生长一层二氧化硅膜；接着用光刻掩膜版在氧化层上刻出P阱的掺杂孔，提供杂质源进行掺杂；最后还需要在一定的条件下（通常选择在1150℃的氮氧混合气氛中）退火，使杂质激活以及再分布。3．场氧氧化、确定有源区CMOS中n沟道晶体管和p沟道晶体管所在的区域为“有源区”。为了减少寄生晶体管的影响，需要在不同的MOS晶体管之间形成较厚的氧化层，称为“场氧”。场氧以外的区即为有源区。制作步骤如下：淀积氮化硅层、有源区光刻、N管场区注入、生长场氧。图3-11P阱的制作图3-12场氧氧化、确定有源区4．生长多晶硅栅

制作步骤如下：氧化、P管场区注入、栅氧化、生长多晶硅、形成硅栅。

图3-13多晶硅栅的形成5．形成PMOS的源、漏区栅电极形成后，就可以制作PMOS管和NMOS管。p沟道MOS晶体管的制作包括：光刻、掺杂。图3-14PMOS的源、漏区的形成6．形成NMOS的源、漏区

生成p沟道MOS晶体管后，就可采用类似方法制作n沟道MOS晶体管。图3-15NMOS的源、漏区的形成7．生长PSG接下来的二氧化硅层都是通过化学反应沉积而成的，其中加入PH3形成PSG，加入B2H6形成BPSG以平坦表面。PSG或BPSG能很好的稳定可动离子，保证MOS器件的电压稳定性，它们还起到保护管芯表面提高使用可靠性的作用。图3-16生长PSG8．制作电极引线为了形成电极，首先应进行引线孔的光刻；接下来采用蒸发或溅射工艺在晶片表面淀积金属层，按照电路连接要求反刻出金属互连线。为了形成良好的欧姆接触，布