第12章-IC工艺几种IC工艺流程-课课件

第五单元：集成技术简介

第十二章：几种IC工艺流程

12.1. CMOS工艺

1PPT课件Afterstudyingthematerialinthischapter,youwillbeableto:Drawadiagramshowinghowatypicalwaferflowsinasub-micronCMOSICfab.

画出典型的流程图Giveanoverviewofthesixmajorprocessareasandthesort/testareainthewaferfab.

对6种主要工艺的应用和测试有大概的认识Foreachofthe14CMOSmanufacturingsteps,describeitsprimarypurpose.

描述CMOS工艺14个步骤的主要目的DiscussthekeyprocessandequipmentusedineachCMOSmanufacturingstep.

能讨论每一步流程的关键工艺和设备

2PPT课件MajorFabricationStepsinMOSProcessFlowOxidation(Fieldoxide)SiliconsubstrateSilicondioxideoxygenPhotoresistDevelopoxidePhotoresistCoatingphotoresistMask-WaferAlignmentandExposureMaskUVlightExposedPhotoresistexposedphotoresistGSDActiveRegionstopnitrideSDGsiliconnitrideNitrideDepositionContactholesSDGContactEtchIonImplantationresistoxDGScanningionbeamSMetalDepositionandEtchdrainSDGMetalcontactsPolysiliconDepositionpolysiliconSilanegasDopantgasOxidation(Gateoxide)gateoxideoxygenPhotoresistStripoxideRFPowerIonizedoxygengasOxideEtchphotoresistoxideRFPowerIonizedCF4gasPolysiliconMaskandEtchRFPoweroxideIonizedCCl4gaspolygateRFPower3PPT课件CMOSProcessFlowOverviewofAreasinaWaferFabDiffusionPhotolithographyEtchIonImplantThinFilmsPolish

4PPT课件ModelofTypicalWaferFlow

inaSub-MicronCMOSICFabTest/SortImplantDiffusionEtchPolishPhotoCompletedWaferUnpatternedWaferWaferStartThinFilmsWaferFabrication(front-end)5PPT课件SimplifiedSchematicofHigh-TemperatureFurnaceGasflowcontrollerTemperaturecontrollerPressurecontrollerHeater1Heater2Heater3ExhaustProcessgasQuartztubeThree-zoneHeatingElementsTemperature-settingvoltagesThermocouplemeasurements6PPT课件PhotolithographyBayinaSub-micronWaferFab7PPT课件LoadStationVaporPrimeSoftBakeCoolPlateCoolPlateHardBakeTransferStationResistCoatDevelop-RinseEdge-BeadRemovalWaferTransferSystemWaferCassettesWaferStepper(Alignment/ExposureSystem)SimplifiedSchematicofaPhotolithographyProcessingModule8PPT课件SimplifiedSchematicofDryPlasmaEtchere-e-R+Glowdischarge(plasma)GasdistributionbaffleHigh-frequencyenergyFlowofbyproductsandprocessgasesAnodeelectrodeElectromagneticfieldFreeelectronIonsheathChamberwallPositiveionEtchantgasenteringgasinletRFcoaxcablePhotonWaferCathodeelectrodeRadicalchemicalVacuumlineExhausttovacuumpumpVacuumgaugee-9PPT课件SimplifiedSchematicofIonImplanterIonsourceAnalyzingmagnetAccelerationcolumnBeamlinetubeIonbeamPlasmaGraphiteProcesschamberScanningdiskMassresolvingslitHeavyionsGascabinetFilamentExtractionassemblyLighterions10PPT课件ThinFilmMetallizationBay11PPT课件SimplifiedSchematicsofCVDProcessingSystemCapacitive-coupledRFinputSusceptorHeatlampsWaferGasinletExhaustChemicalvapordepositionProcesschamberCVDclustertool12PPT课件PolishBayinaSub-micronWaferFab13PPT课件Twin-wellImplants

双阱注入ShallowTrenchIsolation

浅槽隔离GateStructure

多晶硅栅结构LightlyDopedDrainImplants

轻掺杂漏注入SidewallSpacer

侧墙形成Source/DrainImplants

源/漏注入ContactFormation

接触孔形成PassivationlayerBondingpadmetalp+SiliconsubstrateLIoxideSTIn-wellp-wellILD-1ILD-2ILD-3ILD-4ILD-5M-1M-2M-3M-4Polygatep-Epitaxiallayerp+ILD-6LImetalViap+p+n+n+n+2314567891011121314CMOSManufacturingSteps

14PPT课件LocalInterconnect

局部互连InterlayerDielectrictoVia-1

通孔1和金属塞1的形成FirstMetalLayer

金属1互连SecondILDtoVia-2

通孔2和金属塞2的形成SecondMetalLayertoVia-3

金属2互连Metal-3toPadEtch

金属3压点形成ParametricTesting

测试PassivationlayerBondingpadmetalp+SiliconsubstrateLIoxideSTIn-wellp-wellILD-1ILD-2ILD-3ILD-4ILD-5M-1M-2M-3M-4Polygatep-Epitaxiallayerp+ILD-6LImetalViap+p+n+n+n+2314567891011121314CMOSManufacturingSteps

15PPT课件n-wellFormation1-11、外延2、初始氧化：1000C干氧，~150Ǻ；保护外延层、介 质屏蔽层、减少注入损伤、控制注入深度。3、第一层掩膜：由光刻胶作为离子注入的掩膜4、n阱注入：~200KeV高能磷（P）注入，结深~1m。5、退火：先进行氧等离子体去胶；退火的目的有裸露的Si

表面形成氧化阻挡层、再分布、杂质电激 活、消除晶格损伤16PPT课件p-wellFormation1-26、第二层掩膜：由光刻胶作为离子注入的掩蔽层；检测。7、p阱注入：硼（B）注入（能量较磷注入时底），倒置阱8、退火17PPT课件STITrenchEtch9、清洗10、1000C干氧，~150Ǻ；保护外延层11、Si3N4膜淀积：~750CLPCVDNH3+SiH2Cl2；保护有源区；

CMP的阻挡材料12、第三层掩膜：检测；由于特征尺寸减小，光刻难度增加。13、STI槽刻蚀：F基或Cl基等离子体刻蚀；检测台阶高度、特征尺寸、和腐蚀缺陷18PPT课件STIOxideFill14、沟槽衬垫氧化：1000C干氧，~150Ǻ；15|、沟槽CVD氧化物填充：可用高速淀积。19PPT课件STIFormation16、沟槽氧化抛光（CMP）：17、氮化物去除：热磷酸20PPT课件PolyGateStructureProcess18、去除氧化层：栅氧化前进行。19、栅氧化层生长：完成后立即进行多晶硅淀积（~5000Ǻ）20、第四层掩膜：光刻多晶硅栅；深紫外光刻；加抗反射涂层ARC；检测。21、多晶硅栅刻蚀：先进的各向异性的等离子刻蚀机。21PPT课件n-LDDImplant22、第五层掩膜：光刻n-LDD注入区23、n-LDD注入：As离子低能、浅结注入24、去胶：22PPT课件p-LDDImplant26、第六层掩膜：光刻p-LDD注入区27、p-LDD注入：BF2离子低能、浅结注入23PPT课件SideWallSpacerFormation28、淀积SiO2层：1000Ǻ二氧化硅层；29、SiO2层反刻：先进的各向异性的等离子刻蚀机；

无需光刻、并实现侧壁24PPT课件n+Source/DrainImplant30、第七层光刻：n+源/漏注入区光刻；31、源/漏注入：“中”能量As离子注入；实现自对准。25PPT课件p+Source/DrainImplant32、第八层光刻：p+源/漏注入区光刻；33、源/漏注入：“中”能量B离子注入；实现自对准。34、退火：RTP，~1000C，数秒钟；26PPT课件ContactFormation35、钛(Ti)的淀积：氩等离子体溅射Ti靶，（PVD）36、退火（合金）：~700C，RTP；与Si形成TiSi2， 与SiO2不反应。37、刻蚀金属钛：化学方法不腐蚀TiSi2，无需掩膜。27PPT课件LIOxideDielectricFormation38、Si3N4膜的CVD：作为阻挡层，保护有源区。39、掺杂氧化物膜的CVD：PSG（BPSG），提高介电特性，快速退 火—熔流—平坦化。40、氧化层抛光：CMP工艺~8000Ǻ。41、第九层掩膜：局部互连刻蚀；形成窄沟槽定义互连金属路径。28PPT课件LIMetalFormation42、金属Ti膜淀积：PVD；充当金属W与SiO2间的黏合剂。43、氮化钛淀积：立即淀积于Ti膜表面，充当金属W

的扩散阻挡层。44、钨（W）淀积：CVD；不用Al的原因是，W能填充小孔，且抛光性好。45、磨抛W：CMP；除去介质膜上的W，完成“大马士革”工艺。29PPT课件LIOxideasaDielectricforInlaidLIMetal(Damascene)大马士革工艺30PPT课件Via-1Formation（多层金属布线间的通孔）46、氧化物膜淀积：CVD；SiO247、氧化物膜的磨抛：CMP；~8000Ǻ。48、第十层掩膜：光刻多层布线间的连接孔（＜0.25m)；检测31PPT课件Plug-1Formation49、淀积Ti阻挡层：PVD；充当金属W与SiO2间的黏合剂。50、氮化钛淀积：CVD；立即淀积于Ti膜表面，充当金属W

的扩散阻 挡层。51、淀积W：CVD；形成W塞（Plug）。52、磨抛钨：CMP；直到第一层的层间介质。32PPT课件SEMMicrographsofPolysilicon,TungstenLIandTungstenPlugsPolysiliconTungstenLITungstenplugMag.17,000X33PPT课件Metal-1InterconnectFormation53、金属Ti膜淀积：PVD。54、Al-Cu合金膜淀积：PVD。55、氮化钛膜淀积：PVD；作为光刻的抗反射层。56、第十一层掩膜：刻金属，形成连线。34PPT课件SEMMicrographsofFirstMetalLayeroverFirstSetofTungstenViasTiNmetalcapMag.17,000XTungstenplugMetal1,Al35PPT课件Via-2Formation57、ILD-2间隙填充：ILD-2的形成与第一层层间介质膜的制作相似， 但需要先填充第一层金属刻出的间隙。通常是用高密 度等离子体HDPCVD淀积空洞极少的致密氧化物。58、ILD-2氧化物淀积：PCVD；SiO259、ILD-2氧化物平坦化：磨抛60、第十二层掩膜：用等离子体刻蚀ILD-2氧化层通孔。36PPT课件Plug-2Formation61、淀积Ti阻挡层：PVD；充当金属W与SiO2间的黏合剂。62、氮化钛淀积：CVD；立即淀积于Ti膜表面，充当金属W

的扩散阻 挡层。63、淀积W：CVD；形成W塞（Plug）。64、磨抛钨：CMP；直到第一层的层间介质。37PPT课件Metal-2InterconnectFormation65、淀积、刻蚀金属2：66、填充第三层层间介质间隙：67、淀积、平坦化ILD-3氧化物：68、刻蚀通孔3、淀积钛/氮化钛、淀积钨、平坦化：69、。。。。。。38PPT课件Full0.18mmCMOSCrossSectionPassivationlayerBondingpadmetalp+SiliconsubstrateLIoxideSTIn-wellp-wellILD-1ILD-2ILD-3ILD-4ILD-5M-1M-2M-3M-4Polygatep-Epitaxiallayerp+n+ILD-6LImetalViap+p+n+n+70、顶层氧化层：CVD71、顶层氮化硅：PVD、2000Ǻ“钝化层”使芯片免受潮气、划伤合沾