集成电路制造工艺课件(一)

集成电路制造工艺东华理工大学彭新村xcpeng@ecit.c10章工艺集成集成电路中的隔离1CMOS集成电路的工艺集成234双极集成电路的工艺集成BiCMOS集成电路的工艺集成工艺集成：——运用各类工艺形成电路结构的制造过程CMOS集成电路的工艺集成双极型集成电路的工艺集成BiCMOS集成电路的工艺集成§10.1集成电路中的隔离一.MOS集成电路中的隔离局部场氧化工艺（Localoxidationofsilicon，LOCOS）改进的LOCOS工艺浅槽隔离（Shallowtrenchisolation，STI）CMOS自隔离及寄生MOS示意图LOCOS工艺流程硅片清洗生长缓冲SiO2层LPCVD淀积Si3N4涂胶LOCOS掩模板曝光显影刻蚀去胶隔离注入热氧化刻蚀氮化硅LOCOS工艺的缺点1.鸟嘴的形成（Bird’sbeak）由于氧的横向扩散，硅的氧化反应是各向同性的氧化物在氮化硅下面的生长形成鸟嘴浪费硅片的有效面积2.厚的氧化层造成表面凹凸不平，加重台阶覆盖问题改进的LOCOS工艺回刻的LOCOS工艺侧墙掩蔽的隔离工艺多晶硅缓冲层的LOCOS工艺（PBL）浅槽隔离（STI）STL不会产生鸟嘴更平坦的表面更多的工艺步骤LOCOS工艺相对简单，便宜，高产率当特征尺寸<0.35um不再适用STI工艺流程程掩模板光刻刻蚀形成成浅槽STI工艺流程程高压CVDSiO2CMPSiO2至Si3N4层CMP去去除Si3N4SOI技术介质质隔离绝缘体上上外延硅硅结合STI技技术横向和纵纵向的完完全隔离离工艺较复复杂二.双极极型电路路中的隔隔离pn结隔隔离：（形成工工作区－－光刻出出隔离区区－离子子注入与与工作区区反型的的杂质形形成pn结），，工艺简简单缺点：隔隔离区较较宽，降降低集成成度；；隔离扩散散引入了了大的收收集区－－衬底和和收集区区－基区区电容，，不利于于电路速速度的提提高深槽隔离离：与浅槽隔隔离类似似§10.2CMOS集成电路路中的工艺艺集成MOS集集成电路路工艺的的发展：：70－80年代，nMOS为IC主流流技术：多晶硅栅替替代铝栅，，源漏自对对准结构；；离子注入技技术提高沟沟道和源漏漏区掺杂的的控制能力力80年代之之后，CMOS工艺成为IC主流技技术：带侧墙的漏漏端轻掺杂杂结构；自自对准硅化化物技术；；浅槽隔离离技术；氮氮化二氧氧化硅栅介介质材料；；晕环技术术；双掺杂杂多晶硅技技术；化学学机械抛光光（CMP）；大马马士革镶嵌嵌工艺和铜铜互连技术术今后发展趋趋势：超薄SOICMOS器件，，纳米硅器器件，双栅栅器件等CMOS工艺中的基基本模块及及对器件性性能的影响响CMOSIC中的的阱:单阱（SingleWell）双阱（TwinWell）自对准双阱阱（Self-alignedTwinWell）阱的制备工工艺：高能离子注注入高温退火杂杂质推进单阱P阱CMOS（静态逻辑辑电路）N阱CMOS（动态逻辑辑电路）双阱需要两块掩掩模版更平坦的表表面先进CMOSIC工艺中最最常用的自对准双阱阱工艺优点：只需要一块块掩模版，，减少工艺艺成本缺点：硅片表面不不平坦，影影响后续的的介质淀积积一般先离子子注入形成成N阱，因因为P在高高温下的扩扩散比B慢慢，避免了了氧化时杂杂质的扩散散CMOS集成电路中中的栅电极极（Gate）普通金属栅栅（铝栅））多晶硅栅（（双掺杂自自对准多晶晶硅工艺））高k栅介质质及金属栅栅（钨栅及及Ta2O5）高k栅介质及金金属栅器件尺寸缩缩小（<0.1um），氧化化层厚度越越来越薄，，需要采用用高k介质质代替SiO2作为栅介质质层保证储存足足够的电荷荷来开启MOSFET，并有有效防止隧隧穿及击穿穿金属栅具有有更低的电电阻率，能能有效地提提高器件的的速度采用高k栅栅介质和金金属栅是未未来的一个个发展方向向CMOS集成电路中中的源漏结结构源漏结构及及工艺的发发展：蒸发或固相相扩散离子注入轻掺杂源漏漏结构源漏扩展结结构晕环结构轻掺杂源漏漏（LDD）结构热电子效应应LDD结构构LDD工艺艺流程低剂量注入入形成轻掺掺杂层淀积氮化硅硅层刻蚀氮化硅硅层形成侧侧墙高剂量，高高能量离子子注入形成成重掺杂层层退火驱进形形成源漏晕环注入（（haloimplantation）进一步降低低短沟效应应，降低源源漏区横向向扩散提高杂质分分布梯度以以降低源漏漏串联电阻阻自对准结构构和接触CMOSIC工艺流程80年代主主流工艺90年代主主流工艺当前主流工工艺（见课件））§10.3双极型集成成电路的工工艺集成平面双极集集成电路工工艺：标准埋层双双极晶体管管（SBC）收集区扩散散绝缘双极极晶体管（（CDI））三扩散层双双极晶体管管（3D））SBC晶晶体管的结结构SBC双极极集成电路路工艺流程程（见课件））先进的隔离离技术（深槽隔离离DTI代代替pn结结隔离，减减少隔离面面积，增加加集成度））多晶硅发射射极（减少发射射区表面复复合速率，，改善晶体体管电流增增益，缩小小器件纵向向尺寸）自对准发射射极和基区区接触（自对准，，减少光刻刻，减少器器件内部电电极接触之之间的距离离）§10.4BiCMOS的工艺集成成双极集成电电路优点:高速、驱动动能力强，，适合于高高精度模拟拟电路双极集成电电路缺点点：功耗耗高高，，集集成成度度低低CMOS集集成成电电路路优点：功耗低，高集集成度CMOS集成成电路缺点：速度低，驱动动能力差BiCMOS技术，利用CMOS器件制作高集成度、低功耗部分，利用双极器件制作输入和输出部分或者高速部分以CMOS工工艺为基础的的BiCMOS工艺以标准双极工工艺为基础的的双阱BiCMOS工艺艺小结MOS集成电电路中的隔离离LOCOS工工艺，改进的LOCOS工艺艺，浅槽隔离离双极型集成电电路中的隔离离pn结隔离，，深槽隔离CMOS集成成电路中的基基本模块阱（单阱、双双阱、自对准双阱）栅电极（多晶硅栅、金属栅和高高k栅介质层层）源漏结构（轻掺杂源漏结结构LDD）接触层（自对准硅化物物工艺）COMS工艺艺流程80年代工艺艺（LOCOS、PSG回流、正胶胶光刻等）90年代工艺艺（外延硅、、STI、LDD、CMP等）当前主流工艺艺（SOIwithSTI、Cu及低k介质质）双极电路工艺艺流程SBC、CDI、3DBiCMOS工艺流程双极电路和CMOS电路路的优缺点以CMOS工工艺为基础的的BiCMOS工艺以双极工艺为为基础的双阱阱BiCMOS工艺9、静夜夜四无无邻，，荒居居旧业业贫。。。12月月-2212月月-22Thursday,December29,202210、雨中黄叶叶树，灯下下白头人。。。22:04:4322:04:4322:0412/29/202210:04:43PM11、以我独沈久久，愧君相见见频。。12月-2222:04:4322:04Dec-2229-Dec-2212、故人江海别别，几度隔山山川。。22:04:4322:04:4322:04Thursday,December29,202213、乍乍见见翻翻疑疑梦梦，，相相悲悲各各问问年年。。。。12月月-2212月月-2222:04:4322:04:43December29,202214、他乡生白白发，旧国国见青山。。。29十二二月202210:04:43下下午22:04:4312月-2215、比比不不了了得得就就不不比比，，得得不不到到的的就就不不要要。。。。。十二二月月2210:04下下午午12月月-2222:04December29,202216、行动出成果果，工作出财财富。。2022/12/2922:04:4322:04:4329December202217、做前前，能能够环环视四四周；；做时时，你你只能能或者者最好好沿着着以脚脚为起起点的的射线线向前前。。。10:04:43下下午午10:04下下午22:04:4312月月-229、没没有有失失败败，，只只有有暂暂时时停停止止成成功功！！。。12月月-2212月月-22Thursday,December29,202210、很多事事情努力力了未必必有结果果，但是是不努力力却什么么改变也也没有。。。22:04:4322:04:4322:0412/29/202210:04:43PM11、成功就是是日复一日日那一点点点小小努力力的积累。。。12月-2222:04:4322:04Dec-2229-Dec-2212、世间间成事事，不不求其其绝对对圆满满，留留一份份不足足，可可得无无限完完美。。。22:04:4422:04:4422:04Thursday,December29,202213、不不知知香香积积寺寺，，数数里里入入云云峰峰。。。。12月月-2212月月-2222:04:4422:04:44December29,202214、意志坚坚强的人人能把世世界放在在手中像像泥块一一样任意意揉捏。。29十十二二月202210:04:44下下午22:04:4412月-2215、楚楚塞塞三三湘湘接接，，荆荆门门九九派派通通。。。。。十二二月月2210:04下下午午12月月-2222:04December29,202216、少少年年十十五五二二十十时时，，步步行行夺夺得得胡胡马马骑骑。。。。2022/12/2922:04:4422:04:4429December202217、空山新雨后后，天气晚来来秋。。10:04:44下午午10:04下下午22:04:4412月-229、杨柳柳散和和风，，青山山澹吾吾虑。。。12月月-2212月月-22Thursday,December29,202210、阅读读一切切好书书如同同和过过去最最杰出出的人人谈话话。22:04:4422:04:4422:0412/29/202210:04:44PM11、越是没没有本领领的就越越加自命命不凡。。12月-2222:04:4422:04Dec-2229-Dec-2212、越是无能的的人，越喜欢欢挑剔别人的的错儿。22:04:4422:04:4422:04Thursday,December29,202213、知人者智智，自知者者明。胜人人者有力，，自