集成电路制造流程.ppt

1、芯片制造工艺、集成电路制造工艺、晶圆-单晶制备、直拉单晶、晶圆-单晶制备、区域熔化单晶，为了获得所需电阻率的晶体，在单晶提拉炉的熔体中加入掺杂材料，纯硅的电阻率为2.5X105欧姆厘米，掺杂浓度为2X 1021/立方米，电阻率为1020欧姆厘米。外延层是在重掺杂衬底上生长轻掺杂外延层。外延层可以优化PN结的击穿电压，降低集电极电阻。在互补金属氧化物半导体工艺中，闩锁效应通过减小器件尺寸而被最小化。平版印刷术的本质是将电路结构复制到将来要蚀刻和离子注入的硅片上。这些结构首先以图案的形式制作在掩模板的玻璃板上，并且图案通过紫外光通过掩模板转移到硅晶片上的光敏膜上。平版印刷术使用感光材料和可控曝光在

2、硅表面形成三维图案。平版印刷术是摄影、平版印刷术、掩模和图案形成的总称。一般来说，平版印刷术是将图案转移到平面上的任何复制过程。光刻通常被认为是集成电路制造中最关键的一步，集成电路制造需要高性能来获得与其他工艺相结合的高产量的最终产品。据估计，光刻的成本几乎占整个硅片加工成本的1/3。在光刻、掺杂和硅片的生长过程中，杂质原子被掺杂，从而形成P型和N型硅。杂质的类型由制造商决定。在硅片制造过程中，选择性引入杂质会在硅片上产生器件。这些杂质通过硅片上的掩模窗口进入硅的晶体结构，形成掺杂区。掺杂过程扩散和离子注入。掺杂扩散，固体杂质在硅中的扩散需要三个步骤：预沉积、推进(推进良好)和退火(激活杂质)

3、。在预沉积过程中，硅片被送到高温扩散炉，杂质从源转移到扩散炉，温度为800-1100，持续1030分钟，杂质只进入硅片的很薄的一层。前进：在高温过程中(1000-1250)，沉积的杂质穿过硅晶体，在硅中形成所需的结深。退火：温度稍微升高，使杂质原子与硅中的原子结合，杂原子被激活。离子注入是一种将可控量的杂质引入硅材料以改变其电学性质的方法。它广泛应用于现代硅制造工艺中，其中最重要的目的是掺杂半导体材料。离子注入可以反复控制杂质浓度和深度，这在几乎所有应用中都优于扩散。离子注入机的示意图、掺杂-离子注入、杂质含量的精确控制(误差约为2%，扩散过程为510%)、良好的杂质均匀性(杂质均匀性由扫描方

4、法控制)、良好的杂质穿透深度控制(杂质穿透深度由控制离子束能量控制)、低温过程(注入温度在125下进行)、高速离子束可以扩散通过薄膜的较小侧壁，从而使化学气相沉积(化学气相沉积)是通过气体的化学反应在硅片表面沉积固体薄膜的过程。化学气相沉积工艺通常用于沉积1。二氧化硅：用于形成层间电介质、浅沟槽隔离填充物和侧壁。2.氮化硅：用于制作浅沟槽隔离的掩膜和硅片的最终钝化层。3.多晶硅：用于沉积多晶硅栅极或多晶硅电阻。NMOS位于外延层中，而PMOS位于N阱中。晶片加热后，利用氮阱掩膜对外延层上氧化层上的光刻胶进行光刻。在氧化物蚀刻出窗口后，一定剂量的磷离子从窗口注入。高温推动结工艺产生一个深的轻掺杂

5、氮型区域，称为氮阱。场注入(沟道终止注入)，为了制造实用的金属氧化物半导体晶体管，金属氧化物半导体工艺一直在小心地降低阈值电压。硅的局部氧化(LOCOS)可以使用厚场氧来氧化硅同时，一些杂质可以选择性地注入到场区下面，以增加厚场区的阈值电压。p区接受p型场注入，n区接受n型沟道注入。场氧生长的所有地方都需要场注入：1 .场注入可以保证场氧在大偏压下不会形成反型层。2.重掺杂反向偏置PN结的反向漏电流非常小，这确保了两个场效应晶体管不会导通。场氧(热氧化生长)，热氧化是通过将硅暴露于高纯氧的高温气体气氛中来完成均匀氧化层的生长。热氧化可分为湿氧氧化和干氧氧化。湿氧氧化：当水蒸气参与反应时，即湿氧

6、氧化，氧化速率较快。干氧氧化：如果氧化反应是在没有水蒸气的环境中进行的，这被称为干氧氧化。因为水蒸气在硅中的扩散速度比氧气快，所以湿氧氧化速度快，氧化膜质量差。干氧氧化较慢，但氧化膜的密度较好。湿氧氧化一般用于制造场氧，干氧氧化用于制造硅栅用的稀氧。栅氧化层和阈值电压调整，未调整的PMOS晶体管的阈值电压在-1.5 V和-1.9 V之间，NMOS可以在-0.2 V和0.2 V之间.因此，在栅极氧化物(厚度为0.01 um0.03 um)生长之后，通常将硼注入到栅极氧化物区域中以调节阈值电压。一般来说，NMOS和PMOS的阈值电压在工艺线上同时调整，NMOS的阈值电压调整到0.70.8伏，PMO

7、S的阈值电压调整到0。如果阱掺杂浓度过高，阱结电容和线性偏置效应将变得更加明显，阈值电压调整可以降低阱掺杂浓度。多晶硅沉积、使用多晶硅掩模的多晶硅层的光刻沉积(也称为多晶硅层)，现代技术足以制造22纳米的多晶硅栅极(2011年5月2日)。栅极长度的变化直接影响晶体管的跨度，因此刻蚀多晶硅成为CMOS工艺中最关键和最具挑战性的光刻步骤。一般来说，我们将可以蚀刻的最小栅极长度称为工艺线的特征尺寸。使用SiH4在650化学沉积多晶硅(注意10001250将形成单晶硅)，并将磷离子注入多晶硅层以降低多晶硅的阻挡电阻(10-40/)。源极/漏极注入，使用硼掺杂形成p有源区，用于形成PMOS器件。现代技术

8、通常使用多晶硅栅极进行自对准。p也用于接触p衬底，并且衬底被置于固定电压(通常是最低电压，例如地)以避免NMOS闭锁。源/漏注入，砷离子注入形成NMOS器件的有源区，多晶硅栅用于自对准。N也被用来形成与N阱的阱接触，并且N阱被置于固定电压(通常是最高电压VDD或源电压)以避免PMOS的闩锁。在源极/漏极注入完成之后，通过化学气相沉积技术在晶片上用0.25um0.5um二氧化硅层覆盖接触孔。然后，在需要接触金属的地方冲出接触孔，使得金属层可以与有源区或多晶硅形成欧姆接触。金属化，使用金属层进行器件的电连接，早期金属一般使用铝材。因为铝材料容易发生电迁移，一些生产线将使用掺铜的铝来降低电迁移的可能

9、性。现代超深亚微米工艺通常使用铜进行互连。两层金属工艺需要五个掩模：接触孔(用于与有源区或多晶硅欧姆接触)、金属一、通孔(连接金属一和金属二)和金属二。钝化层，在金属化之后，将使用化学气相沉积工艺来沉积一层二氧化硅作为钝化层，并且最后将沉积氮化硅用于钝化以更好地隔离湿气。双层多晶硅NMOS和PMOS使用不同的阈值电压来调整多层金属，早期使用一层金属，慢慢扩展到双层金属，0.35um工艺可以提供34层金属，而现代工艺可以提供6层以上镍铬合金薄膜电阻(金属薄膜电阻，高方阻)BiCMOS工艺BCD工艺HVCMOS工艺，版图设计，版图设计，集成电路设计和制造工艺，集成电路设计和制造工艺，集成电路设计和

10、制造工艺，集成电路设计和制造工艺，版图结构，集成电路加工的平面工艺设计，制版和加工成芯片截面结构，芯片截面结构从平面工艺到三维结构需要多层掩膜，所以版图是分层的，由多层图形叠加而成。布局，布局，n阱，p注入，多晶硅1，接触，通孔，有源，n注入，金属1，金属2，布局，布局，1，其中n阱被用作n阱的闭合图形，窗口被注入到形成p管的衬底2中，有源区域被用作晶体管区域(G，D，S，B区域)。注入源极/漏极、阱或衬底连接区域5、接触孔多晶硅、扩散区域和金属线1接触端子。6.金属线1用作金属连接，铝7保留在闭合图案处，连接在通孔的两层金属连接之间的端子8和金属线2用作金属连接，铝保留在闭合图案处，布局1。用N阱作为N阱的封闭图形，在窗口注入衬底和版图，形成P管。有源区作为晶体管区(G、D、S、B区)，封闭图形为氮化硅掩膜层封闭图形，保留多晶硅