CMOS AND BJT TECHNOLOGY的实用学习课件

CMOSANDBJTTECHNOLOGY的实用学习课件第1页/共85页§1-1

双极型集成电路工艺

(典型的PN结隔离工艺)

(P1~5)第2页/共85页1.1.1工艺流程P-Sub衬底准备（P型）光刻n+埋层区氧化n+埋层区注入清洁表面第3页/共85页P-Sub1.1.1工艺流程（续1）生长n-外延隔离氧化光刻p+隔离区p+隔离注入p+隔离推进N+N+N-N-第4页/共85页1.1.1工艺流程（续2）光刻硼扩散区P-SubN+N+N-N-P+P+P+硼扩散氧化第5页/共85页1.1.1工艺流程（续3）光刻磷扩散区磷扩散氧化P-SubN+N+N-N-P+P+P+PP第6页/共85页1.1.1工艺流程（续4）光刻引线孔清洁表面P-SubN+N+N-N-P+P+P+PP第7页/共85页1.1.1工艺流程（续5）蒸镀金属反刻金属P-SubN+N+N-N-P+P+P+PP第8页/共85页工艺流程（续6）钝化P-SubN+N+N-N-P+P+P+PP光刻钝化窗口后工序第9页/共85页光刻掩膜版汇总埋层区隔离墙硼扩区磷扩区引线孔金属连线钝化窗口GNDViVoVDDTR第10页/共85页外延层电极的引出欧姆接触电极：金属与掺杂浓度较低的外延层相接触易形成整流接触（金半接触势垒二极管）。因此，外延层电极引出处应增加浓扩散。BP-SubSiO2光刻胶N+埋层N–-epiP+P+P+SiO2N–-epiPPN+N+N+钝化层N+CECEBB第11页/共85页埋层的作用1.减小串联电阻（集成电路中的各个电极均从上表面引出，外延层电阻率较大且路径较长。BP-SubSiO2光刻胶N+埋层N–-epiP+P+P+SiO2N–-epiPPN+N+N+钝化层N+CECEBB2.减小寄生pnp晶体管的影响（第二章介绍）第12页/共85页隔离的实现1.P+隔离扩散要扩穿外延层，与p型衬底连通。因此，将n型外延层分割成若干个“岛”。2.P+隔离接电路最低电位，使“岛”与“岛”之间形成两个背靠背的反偏二极管。N+N+N--epiPN--epiPP-Sub(GND)P-Sub(GND)P-Sub(GND)BP-SubSiO2光刻胶N+埋层N–-epiSiO2P+P+P+SiO2N–-epiPPN+N+N+N+CECEBB钝化层第13页/共85页习题1.1工艺流程及光刻掩膜版的作用

1.3（1）①②

识版图

1.5集成度与工艺水平的关系

1.6工作电压与材料的关系第14页/共85页§1.2MOS集成电路工艺（N阱硅栅CMOS工艺）

(P9~11)

参考P阱硅栅CMOS工艺第15页/共85页

思考题1.需要几块光刻掩膜版？各自的作用是什么？2.什么是局部氧化（LOCOS)？

（LocalOxidationofSilicon)

3.什么是硅栅自对准(SelfAligned)？4.N阱的作用是什么？5.NMOS和PMOS的源漏如何形成的？6.衬底电极如何向外引接？第16页/共85页1.2.1主要工艺流程

1.衬底准备P+/P外延片P型单晶片第17页/共85页P-Sub1.2.1主要工艺流程

2.氧化、光刻N-阱(nwell)第18页/共85页1.2.1主要工艺流程

3.N-阱注入，N-阱推进,退火，清洁表面N阱P-Sub第19页/共85页P-SubN阱1.2.1主要工艺流程

4.长薄氧、长氮化硅、光刻场区(active反版)第20页/共85页P-Sub1.2.1主要工艺流程

5.场区氧化（LOCOS）,清洁表面

(场区氧化前可做N管场区注入和P管场区注入）第21页/共85页P-Sub1.2.1主要工艺流程

6.栅氧化,淀积多晶硅，多晶硅N+掺杂，反刻多晶

（polysilicon—poly)第22页/共85页1.2.1主要工艺流程

7.P+active注入（Pplus）（

硅栅自对准）P-SubP-SubP-Sub第23页/共85页1.2.1主要工艺流程

8.N+active注入（Nplus—Pplus反版）

（

硅栅自对准）P-SubP-SubP-Sub第24页/共85页1.2.1主要工艺流程

9.淀积BPSG，光刻接触孔(contact)，回流P-SubP-Sub第25页/共85页1.2.1主要工艺流程

10.蒸镀金属1，反刻金属1（metal1)P-Sub第26页/共85页1.2.1主要工艺流程

11.绝缘介质淀积，平整化，光刻通孔(via)P-SubP-Sub第27页/共85页1.2.1主要工艺流程

12.蒸镀金属2，反刻金属2（metal2)P-Sub第28页/共85页1.2.1主要工艺流程

13.钝化层淀积，平整化，光刻钝化窗孔(pad)P-Sub第29页/共85页1.2.2光刻掩膜版简图汇总N阱有源区多晶PplusNplus引线孔金属1通孔金属2钝化第30页/共85页1.2.3局部氧化的作用2.减缓表面台阶3.减小表面漏电流P-SubN-阱1.提高场区阈值电压第31页/共85页1.2.4硅栅自对准的作用

在硅栅形成后，利用硅栅的遮蔽作用来形成MOS管的沟道区，使MOS管的沟道尺寸更精确，寄生电容更小。P-SubN-阱第32页/共85页1.2.5MOS管衬底电极的引出

NMOS管和PMOS管的衬底电极都从上表面引出，由于P-Sub和N阱的参杂浓度都较低，为了避免整流接触，电极引出处必须有浓参杂区。P-SubN-阱第33页/共85页1.2.6其它MOS工艺简介双层多晶：易做多晶电容、多晶电阻、叠栅MOS器件，适合CMOS数/模混合电路、EEPROM等多层金属：便于布线，连线短，连线占面积小，适合大规模、高速CMOS电路P阱CMOS工艺，双阱CMOS工艺E/DNMOS工艺第34页/共85页1.2.7习题1.阐述N阱硅栅CMOS集成电路制造工艺的主要流程，说明流程中需要哪些光刻掩膜版及其作用。2.

NMOS管源漏区的形成需要哪些光刻掩膜版。第35页/共85页§1.3BICMOS工艺简介

双极型工艺与MOS工艺相结合，双极型器件与MOS型器件共存，适合模拟和数/模混合电路。(P9~11)第36页/共85页1.3.1以CMOS工艺为基础的BI-MOS工艺P+P+N+N+N+N+PN-wellN-wellP-SubP+P+N+N+N+N+PN-wellN-wellP+-SubN+-BLN+-BLP--epi第37页/共85页1.3.2以双极型工艺为基础的BI-MOS工艺PN+N+N+PP+-SubN+-BLN+-BLN--epiP+PN+N--epiP--WellN--epi第38页/共85页第二章CMOS集成电路制造工艺第39页/共85页第40页/共85页形成N阱初始氧化淀积氮化硅层光刻1版，定义出N阱反应离子刻蚀氮化硅层N阱离子注入，注磷第41页/共85页形成P阱在N阱区生长厚氧化层，其它区域被氮化硅层保护而不会被氧化去掉光刻胶及氮化硅层

P阱离子注入，注硼第42页/共85页推阱退火驱入去掉N阱区的氧化层第43页/共85页形成场隔离区生长一层薄氧化层淀积一层氮化硅光刻场隔离区，非隔离区被光刻胶保护起来反应离子刻蚀氮化硅场区离子注入热生长厚的场氧化层去掉氮化硅层形成多晶硅栅生长栅氧化层淀积多晶硅光刻多晶硅栅刻蚀多晶硅栅第44页/共85页形成硅化物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C-47相的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第45页/共85页形成N管源漏区光刻，利用光刻胶将PMOS区保护起来离子注入磷或砷，形成N管源漏区形成P管源漏区光刻，利用光刻胶将NMOS区保护起来离子注入硼，形成P管源漏区第46页/共85页形成接触孔化学气相淀积磷硅玻璃层退火和致密光刻接触孔版反应离子刻蚀磷硅玻璃，形成接触孔第47页/共85页形成第一层金属淀积金属钨(W)，形成钨塞第48页/共85页形成第一层金属淀积金属层，如Al-Si、Al-Si-Cu合金等光刻第一层金属版，定义出连线图形反应离子刻蚀金属层，形成互连图形第49页/共85页形成穿通接触孔化学气相淀积PETEOS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绝缘层，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第50页/共85页合金形成钝化层在低温条件下(小于300℃)淀积氮化硅光刻钝化版刻蚀氮化硅，形成钝化图形测试、封装，完成集成电路的制造工艺CMOS集成电路一般采用(100)晶向的硅材料第51页/共85页AA第52页/共85页第三章

双极集成电路

制造工艺第53页/共85页第54页/共85页制作埋层初始氧化，热生长厚度约为500～1000nm的氧化层光刻1#版(埋层版)，利用反应离子刻蚀技术将光刻窗口中的氧化层刻蚀掉，并去掉光刻胶进行大剂量As+注入并退火，形成n+埋层双极集成电路工艺第55页/共85页生长n型外延层利用HF腐蚀掉硅片表面的氧化层将硅片放入外延炉中进行外延，外延层的厚度和掺杂浓度一般由器件的用途决定第56页/共85页形成横向氧化物隔离区热生长一层薄氧化层，厚度约50nm淀积一层氮化硅，厚度约100nm光刻2#版(场区隔离版第57页/共85页形成横向氧化物隔离区利用反应离子刻蚀技术将光刻窗口中的氮化硅层-氧化层以及一半的外延硅层刻蚀掉进行硼离子注入第58页/共85页形成横向氧化物隔离区去掉光刻胶，把硅片放入氧化炉氧化，形成厚的场氧化层隔离区去掉氮化硅层第59页/共85页形成基区光刻3#版(基区版)，利用光刻胶将收集区遮挡住，暴露出基区基区离子注入硼第60页/共85页形成接触孔：光刻4#版(基区接触孔版)进行大剂量硼离子注入刻蚀掉接触孔中的氧化层第61页/共85页形成发射区光刻5#版(发射区版)，利用光刻胶将基极接触孔保护起来，暴露出发射极和集电极接触孔进行低能量、高剂量的砷离子注入，形成发射区和集电区第62页/共85页金属化淀积金属，一般是铝或Al-Si、Pt-Si合金等光刻6#版(连线版)，形成金属互连线合金：使Al与接触孔中的硅形成良好的欧姆接触，一般是在450℃、N2-H2气氛下处理20～30分钟形成钝化层在低温条件下(小于300℃)淀积氮化硅光刻7#版(钝化版)刻蚀氮化硅，形成钝化图形第63页/共85页接触与互连Al是目前集成电路工艺中最常用的金属互连材料但Al连线也存在一些比较严重的问题电迁移严重、电阻率偏高、浅结穿透等Cu连线工艺有望从根本上解决该问题IBM、Motorola等已经开发成功目前，互连线已经占到芯片总面积的70～80%；且连线的宽度越来越窄，电流密度迅速增加第64页/共85页第65页/共85页第66页/共85页第67页/共85页第68页/共85页第69页/共