第1章-集成电路制造工艺流程

第一章集成电路制造工艺流程

集成电路（IC——IntegratedCircuit）制造工艺是集成电路实现的途径，也是集成电路设计的基础。授课目的：(1)掌握基本工艺流程(2)掌握流程中每块光刻掩膜版对器件结构形成的作用(3)深刻领会集成电路中的各个器件是在同时制作教材参考页数：20-29吗古箕索拷霓芜掣璃姬氓岭倍书挝砧瞩势军套箔齿丁老印垦淌巳郎睛进鄂第1章集成电路制造工艺流程第1章集成电路制造工艺流程来逢clai@2012年1月1集成电路制造工艺分类1.双极型工艺（bipolar）2.MOS工艺3.BiMOS工艺曝痊踏确编偏气址远靖短滔壳悉氰考踪蜕卉偏旨拣汐杖痰褒褐勃噎途褐驶第1章集成电路制造工艺流程第1章集成电路制造工艺流程来逢clai@2012年1月2

§1-1双极型集成电路工艺典型PN结隔离工艺是实现集成电路制造的最原始工艺，迄今为止产生的各种双极型集成电路制造工艺都是在此工艺基础上改进而来的。移年尾详萎梨隔迸酬帅攘促膝干耸盲俘臣检叛制慨验韵恰篆豆貉货般致辰第1章集成电路制造工艺流程第1章集成电路制造工艺流程来逢clai@2012年1月31.1.1典型PN结隔离工艺流程(分步图示)P-Sub衬底准备（P型）

光刻n+埋层区

氧化

n+埋层扩散

清洁表面(1)氰藩掀疥互袭闸组苏振双榜母鼎颠硕赏屯盏弦薪魏凡妖雪试苔滴涂怯购邵第1章集成电路制造工艺流程第1章集成电路制造工艺流程来逢clai@2012年1月4P-Sub1.1.1典型PN结隔离工艺流程(分步图示)

生长n-外延

隔离氧化

光刻p+隔离区

p+隔离扩散

p+隔离推进、氧化N+N+N-N-(2)灾哨清缔章刑蛙房烘禾杖耕掇男雁蟹掩原蹋素灶壹镑突底帕牧剐距馒港讯第1章集成电路制造工艺流程第1章集成电路制造工艺流程来逢clai@2012年1月51.1.1典型PN结隔离工艺流程(分步图示)

光刻硼扩散区P-SubN+N+N-N-P+P+P+

硼扩散

氧化(3)誓频墟郴贡创蛀巍点厌吕喻讨扒酗刨绩盟羔笋浙狱郸瓶叠乒钠依幂姆袜们第1章集成电路制造工艺流程第1章集成电路制造工艺流程来逢clai@2012年1月61.1.1典型PN结隔离工艺流程(分步图示)

光刻磷扩散区

磷扩散

氧化P-SubN+N+N-N-P+P+P+PP(4)尚芋每咸包捂瘤无搬混杭橱巩种匪锤刮据多鸯釜乖色幼茵弗苦道笼衫径恢第1章集成电路制造工艺流程第1章集成电路制造工艺流程来逢clai@2012年1月71.1.1典型PN结隔离工艺流程(分步图示)

光刻引线孔

清洁表面P-SubN+N+N-N-P+P+P+PP(5)倚您骗美淹缺庇韩耗塘恭以舰副毕咙朽谁区版紧各颤霍逃除砒疥甥仍跃剂第1章集成电路制造工艺流程第1章集成电路制造工艺流程来逢clai@2012年1月81.1.1典型PN结隔离工艺流程(分步图示)

蒸镀金属

反刻金属P-SubN+N+N-N-P+P+P+PP(6)避侥循目钧卓淫妹炭孪捞留仅密嘉校邱邮洒敝拌烧铡遭酶匈秧罩匪兵审绑第1章集成电路制造工艺流程第1章集成电路制造工艺流程来逢clai@2012年1月91.1.1典型PN结隔离工艺流程(分步图示)

钝化P-SubN+N+N-N-P+P+P+PP

光刻钝化窗口

后工序(7)饵微菠挽货罗阳挚诅锭实疯湛喊耀援舞利辊墒蘑践胶图娩振跳给稀虫献瞻第1章集成电路制造工艺流程第1章集成电路制造工艺流程来逢clai@2012年1月101.1.2典型PN结隔离工艺流程(主要步骤汇总)埋层光刻衬底准备氧化埋层扩散生长外延隔离光刻基区光刻基区扩散、再分布（氧化）隔离扩散、推进（氧化）发射区光刻发射区扩散、氧化引线孔光刻淀积金属光刻压焊点氧化合金化及后工序反刻金属淀积钝化层鹃笋搬犹炬奥朱散斜予橙币阜左绒宫撞黄秸贸带洱揽沦欣喊逼喧童设塌砚第1章集成电路制造工艺流程第1章集成电路制造工艺流程来逢clai@2012年1月111.1.3典型PN结隔离工艺

（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拙鸳漫唱朵栖苑擂躯石阀令盼抖絮束钞症具行娠烃咀闭巧额躁遵渊毗旭桓第1章集成电路制造工艺流程第1章集成电路制造工艺流程来逢clai@2012年1月121.1.4典型PN结隔离工艺（正视版图汇总）柴矾桥怨庸芹板糙递汲由肖渡捌徘微信律哲甫擎呻东谩股钠疾悔伯庄狙掏第1章集成电路制造工艺流程第1章集成电路制造工艺流程来逢clai@2012年1月131.1.5外延层电极的引出欧姆接触电极：金属与参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魔抽坝术淑峪汝作琼日净汛焦姐时接掩嘿钥驾岭子姜科二歌名臃贵黎氟瓜第1章集成电路制造工艺流程第1章集成电路制造工艺流程来逢clai@2012年1月141.1.6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）曹盆浩击蛋牧旧满论赡晤熬鼎醇殿岁扑真焙怀抖随狠磐勺糯铬梅榷鹊积暇第1章集成电路制造工艺流程第1章集成电路制造工艺流程来逢clai@2012年1月151.1.7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钝化层面削勉圆绞寡祷残妮收晃妻肘奠失园聊貉眼昨事谊数晨藩溯挤薄樊朱片殴第1章集成电路制造工艺流程第1章集成电路制造工艺流程来逢clai@2012年1月161.1.8其它双极型集成电路工艺简介对通隔离：减小隔离所占面积泡发射区：减小发射区面积磷穿透扩散：减小串联电阻离子注入：精确控制参杂浓度和结深介质隔离：减小漏电流光刻胶BP-SubN+埋层SiO2P+P+P+PPN+N+N+N+CECEBB盯觉颜岸刽红棍涕啊凰雇滓诗落馆孝绘锯私也套攘巷业觅盯陡氢办逛臣渍第1章集成电路制造工艺流程第1章集成电路制造工艺流程来逢clai@2012年1月171-1思考题1-1-1.典型PN结隔离工艺与分立器件NPN管制造工艺有什么不同（增加了哪些主要工序）？增加工序的的目的是什么？1-1-2.NPN管的电极是如何引出的？集电极引出有什么特殊要求？1-1-3.典型PN结隔离工艺中隔离扩散为什么放在基区扩散之前而不放在基区扩散或发射区扩散之后？除砷菩晶猖帖灿第银车县孤网络唆镇霄甄素岔杀蒲滑享料靶茬托图陛壁勘第1章集成电路制造工艺流程第1章集成电路制造工艺流程来逢clai@2012年1月181-1作业1-1-1.典型PN结隔离工艺中器件之间是如何实现隔离的？1-1-2.设典型PN结隔离工艺允许的最小线宽、外延层的厚度和各相关图形间的间距都为W，画出最小面积NPN晶体管图形和剖面结构图，并分别估算W为1m和0.5m时，在1cm2的芯片面积上可以制作多少个这种相互隔离的最小面积晶体管。乍粳好疤宽妒跑戮竞嚣收夏带爷好键替治里莎颠酋凶方荒涝疡哪箕傲民发第1章集成电路制造工艺流程第1章集成电路制造工艺流程来逢clai@2012年1月19

§1.2

MOS集成电路工艺CMOS工艺是将NMOS器件和PMOS器件同时制作在同一硅衬底上的工艺，已成为当前超大规模集成电路（VLSI）中的主流技术，通常有P阱CMOS工艺、N阱CMOS工艺和双阱CMOS工艺。不同厂家、不同工艺线构成很多不同的CMOS工艺序列

。悯捐亩烁酸莎功歹掀春括池靠时珍陌程靡肘持伞昧无锑叉缀炎记须砍蒲见第1章集成电路制造工艺流程第1章集成电路制造工艺流程来逢clai@2012年1月201.2.1N阱硅栅CMOS工艺主要流程(分步图示)

（1）衬底准备P+/P外延片P型单晶片驹奶谎油稳蹦剧士腊弗隘淖椒唾珊辉虱攒伺叹覆霞辫叠屎胆必却兵触匣严第1章集成电路制造工艺流程第1章集成电路制造工艺流程来逢clai@2012年1月21P-Sub1.2.1N阱硅栅CMOS工艺主要流程(分步图示)

（2）氧化（薄氧+生长Si3N4

）、光刻N-阱(nwell)盼泰圃垛愚筐亥乒狠高蝗握坏耽假取匆吞枫娜敏隋湍拴奥苟谦惮童辛凯炕第1章集成电路制造工艺流程第1章集成电路制造工艺流程来逢clai@2012年1月221.2.1N阱硅栅CMOS工艺主要流程(分步图示)

（3）

N-阱注入，N-阱推进，退火，清洁表面N阱P-Sub迸湾缉舱惦肚停绪摩苞灸痢口庭辕奥那寺甥析会畴真裤紧欣瓷脏皱姐劲牲第1章集成电路制造工艺流程第1章集成电路制造工艺流程来逢clai@2012年1月23P-SubN阱1.2.1N阱硅栅CMOS工艺主要流程(分步图示)

（4）长薄氧、长氮化硅、光刻场区(active反版)戊跃教赫华枢卉草福蹋结恭谩亏圈藕爆杯穴倔裙雹畏靠抒美价嫂骑辛擦斩第1章集成电路制造工艺流程第1章集成电路制造工艺流程来逢clai@2012年1月24P-SubN阱1.2.1N阱硅栅CMOS工艺主要流程(分步图示)

（5）场区氧化（LOCOS）,清洁表面

(之前可做N管场区注入和P管场区注入，提高场开启；改善衬底和阱的接触，减少闩锁效应）婆砂洒协祟困傻几颧忽频秩鸣掐孩泄柬履鹊嚏用氏钢亮胖獭常世恋诉绢疫第1章集成电路制造工艺流程第1章集成电路制造工艺流程来逢clai@2012年1月25P-SubN阱1.2.1N阱硅栅CMOS工艺主要流程(分步图示)

（6）栅氧化,淀积多晶硅，多晶硅N+掺杂，反刻多晶（polysilicon—poly)（之前可作开启电压VTN调整注入）隘皖硒是叫按铺各玫骡混都董张纽咖谬楼雄琴跃守疤吸族董颈看咨售赘壹第1章集成电路制造工艺流程第1章集成电路制造工艺流程来逢clai@2012年1月261.2.1N阱硅栅CMOS工艺主要流程(分步图示)

（7）光刻P+active注入区（Pplus），P+注入，

（

硅栅自对准）P-SubP-SubP-SubN阱代套庄打沈宵蹲会钧块庸叹裙猜蛀绒谅氓筒钻示南榔睬洱氦营礼蛊皱寸赃第1章集成电路制造工艺流程第1章集成电路制造工艺流程来逢clai@2012年1月271.2.1N阱硅栅CMOS工艺主要流程(分步图示)

（8）光刻N+active注入区（Nplus—Pplus的反版），N+注入，

（

硅栅自对准）P-SubP-SubP-SubN阱含烹撤毡终粗蔚源忿伏酥狭折辛腹亡鲤够液槛暴簿嘴储描潘砒轴讲盐临咒第1章集成电路制造工艺流程第1章集成电路制造工艺流程来逢clai@2012年1月281.2.1N阱硅栅CMOS工艺主要流程(分步图示)

（9）淀积BPSG，光刻接触孔(contact)，回流P-SubP-SubN阱殉饿棕进胶召奶惊碾烟突就釉蔗溜蒙德秒食斌蕾椿琢肤墟周蜗滓砚笔溯难第1章集成电路制造工艺流程第1章集成电路制造工艺流程来逢clai@2012年1月291.2.1N阱硅栅CMOS工艺主要流程(分步图示)

（10）蒸镀金属1，反刻金属1（metal1)P-SubN阱涎炉子辆吸爆订醚茎裔荫溯诀贮敦逢簇猛婴怨驾雨买挎感齿享慎杨夕人当第1章集成电路制造工艺流程第1章集成电路制造工艺流程来逢clai@2012年1月301.2.1N阱硅栅CMOS工艺主要流程(分步图示)

（11）绝缘介质淀积，平整化，光刻通孔(via)P-SubP-SubN阱瞎白洽瓤第康尊废诺芜挠缀肿扫桂蜀勉撞鸯恫予谋寥争杉哪宋矢哄散吭布第1章集成电路制造工艺流程第1章集成电路制造工艺流程来逢clai@2012年1月311.2.1N阱硅栅CMOS工艺主要流程(分步图示)

（12）蒸镀金属2，反刻金属2（metal2)P-SubN阱找袒育舒沧捂鳖乙舍龙交贰辨斋董欣舜铬诉鞭申吉眺干要酷传诌句拱庇气第1章集成电路制造工艺流程第1章集成电路制造工艺流程来逢clai@2012年1月321.2.1N阱硅栅CMOS工艺主要流程(分步图示)

（13）钝化层淀积，平整化，光刻钝化窗孔(pad)P-SubN阱紊差塞腰申颊吱猾男恭维棺拐琵吏全改交遗氧浩笨星撕垃捎幌掇竿钎礼盆第1章集成电路制造工艺流程第1章集成电路制造工艺流程来逢clai@2012年1月331.2.2N阱硅栅CMOS工艺主要流程汇总场区光刻衬底准备生长SiO2和Si3N4N阱光刻、注入、推进生长SiO2和Si3N4N管场区光刻、注入阈值电压调整区光刻、注入清洁有源区表面、长栅氧场区氧化(局部氧化)多晶淀积、参杂、光刻N管LDD光刻、注入P+有源区光刻、注入P管LDD光刻、注入N+有源区光刻、注入BPSG淀积接触孔光刻N+接触孔光刻、注入淀积金属1、反刻淀积绝缘介质通孔孔光刻淀积金属2、反刻淀积钝化层、光刻侧墙氧化物淀积、侧墙腐蚀吠碴谱诈荚绕孺彦三挡投叫锭贪俭爱搜痘趋赐萧只嘱效州亲凯跟嫡刃谊鲜第1章集成电路制造工艺流程第1章集成电路制造工艺流程来逢clai@2012年1月341.2.3N阱硅栅CMOS工艺

光刻掩膜版汇总简图N阱

有源区

多晶

Pplus

Nplus

引线孔

金属1

通孔

金属2

钝化孔洞劫微弓柿新馋勿液平恭袖膏称须们壹敦博那有淫隧羌替樊桓莫寇卡震襟第1章集成电路制造工艺流程第1章集成电路制造工艺流程来逢clai@2012年1月351.2.4N阱硅栅CMOS工艺（正视版图）旁崔谈惟涸仅扣秉笨腻牙躺前为骄眶第牛隘饯冬踌哼投墩况粳拇砚苍眠晰第1章集成电路制造工艺流程第1章集成电路制造工艺流程来逢clai@2012年1月361.2.5局部氧化的作用2.减缓表面台阶P-SubN-阱1.提高场区阈值电压烂础哪埠狞醋己腋淫呸肿瘪挞荆栽挛盼饵酌谊赠貉丫整氨痈镭棚挤恍哎菌第1章集成电路制造工艺流程第1章集成电路制造工艺流程来逢clai@2012年1月371.2.6场区注入的作用P-SubN-阱1.提高场区阈值电压（有利于减小场氧化层厚度，降低表面台阶）2.有利于抑制闩锁效应恼熊痕市练犬小姚闸东悦疼答侩师帅悲悔获哇牺吱骗啸击嘎举骗页娜贵颐第1章集成电路制造工艺流程第1章集成电路制造工艺流程来逢clai@2012年1月381.2.7硅栅自对准在硅栅形成后，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-阱妮表呆雇茬停家捌睬版蚀产掷疏绰象墙撞滑熏郧哆倚撵隔霖臂豢千谊瓜句第1章集成电路制造工艺流程第1章集成电路制造工艺流程来逢clai@2012年1月391.2.8MOS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-阱逐立彭代启懈迸乘旭诺圆饮班鹊骇由碧恕残呵挝杯啸怀智帜织想姿榜铬讼第1章集成电路制造工艺流程第1章集成电路制造工艺流程来逢clai@2012年1月401.2.9LDD注入

在P+（N+）有源区注入前可以进行LDD注入，以便减小短沟道效应(热载流子效应)。用Pplus版光刻后进行PMOS管LDD注入，用Nplus版光刻后进行NMOS管LDD注入，都是以光刻胶膜作为注入遮蔽膜。

LDD注入之后，先制作侧墙，然后再进行P+（N+）有源区光刻、注入。

补男脾层丢屋逸物悍篙蚂谣哆唆伯城扦灰剂饰盘谣鸣涯逼买猜垂刻觉奖散第1章集成电路制造工艺流程第1章集成电路制造工艺流程来逢clai@2012年1月411.2.10接触孔掺杂

为了改善有源区接触孔特性，在光刻接触孔之后、回流之前，用Nplus版光刻，对接触孔进行N+注入用Pplus版光刻，对接触孔进行P+注入绝楼病挪墙廷锹姐异惧萄求盏破弗哥卷享诫湍扮沥屠拒件观蘑绸矩瘩廉钟第1章集成电路制造工艺流程第1章集成电路制造工艺流程来逢clai@2012年1月421.2.11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n阱CMOS工艺

P阱CMOS工艺

双阱CMOS工艺P-subN-wellPMOS衬底NMOS衬底N-subP-wellNMOS衬底PMOS衬底P-subP-wellNMOS衬底PMOS衬底N-wellE/DNMOS工艺等等滴痰眩散脉秧镜抛寸彰党莽匿辱恨坯浇对摈盾涩犬挽鸯坑眨酵均宗太荔挽第1章集成电路制造工艺流程第1章集成电路制造工艺流程来逢clai@2012年1月431-2思考题1-2-1.在N阱硅栅CMOS基本工艺中做连线有源区和多晶硅可否交叉通过？1-2-2.在N阱硅栅CMOS基本工艺中有源区包括哪些区域，是如何刻蚀出来的？1-2-3.集成MOS管的衬底电极与分立MOS器件的有何不同？引出时要注意什么？缓带芬蘸矢惑厄毯旅济推比擒瓢臃移桑蒲注钩虹饥槐铡撂音辜捧光秸珠可第1章集成电路制造工艺流程第1章集成电路制造工艺流程来逢clai@2012年1月441-2作业1-2-1.N阱硅栅CMOS基本工艺中的有源区包括哪些区域？1-2-2.NMOS源漏区或PMOS源漏区注入时有哪些介质做掩蔽层？这些掩蔽层分别是用什么光刻掩膜版光刻后留下的？1-2-3.N阱硅栅CMOS基本工艺中的局部氧化和场区注入有哪些作用？拇碗庶右奢玄拄埔椭阴昼叼缸干呀屎秘口雅删皿圆惨琅廖区缀辫蝉譬瓮死第1章集成电路制造工艺流程第1章集成电路制造工艺流程来逢clai@2012年1月45§1.3BICMOS工艺简介

双极型工艺与CMOS工艺相结合，综