集成電路工藝制程1

1、WWW.2IC.CN集成電路工藝制程介紹集成電路工藝制程介紹WWW.2IC.CNTable of Content 集成電路生產(chǎn)的集成電路生產(chǎn)的3 3個(gè)階段個(gè)階段 機(jī)械性質(zhì)機(jī)械性質(zhì) 退火（退火（AnnealingAnnealing） 雙極型晶體管（雙極型晶體管（Bipolar Junction Transistor-BJTBipolar Junction Transistor-BJT） 短溝道效應(yīng)短溝道效應(yīng)集成的結(jié)果集成的結(jié)果 熱電子效應(yīng)（熱電子效應(yīng)（Hot Electron EffectHot Electron Effect） LDD(Lightly Doped Drain)LDD(Light

2、ly Doped Drain)輕摻雜漏極輕摻雜漏極 IH時(shí)，產(chǎn)生時(shí)，產(chǎn)生Latch-up，CMOS電路的功能將暫時(shí)或永久性喪失。電路的功能將暫時(shí)或永久性喪失。* 防止防止Latch-up方法：方法： 1）增大距離；）增大距離； 2）包好襯底；）包好襯底； 或采用或采用Epi substrate, SOL等。等。CMOS的缺點(diǎn)的缺點(diǎn) ：Latch-upWWW.2IC.CN沉積理論沉積理論半導(dǎo)體元件的制程半導(dǎo)體元件的制程薄膜的沉積，是一連串涉及吸附原子的吸附、吸附原子在表面的擴(kuò)散及在適當(dāng)?shù)奈恢孟戮劢Y(jié)，以漸漸形成薄膜并成長的過程。WWW.2IC.CN物理氣相沉積（物理氣相沉積（Physical Va

3、por Deposition）PVD 蒸蒸 鍍（鍍（Evaporation） 利用被蒸鍍物在高溫（近熔點(diǎn)）時(shí)，具備飽和蒸汽壓，來沉積薄膜利用被蒸鍍物在高溫（近熔點(diǎn)）時(shí)，具備飽和蒸汽壓，來沉積薄膜的過程。的過程。 濺濺 鍍（鍍（Sputtering） 利用離子對濺鍍物體電極（利用離子對濺鍍物體電極（Electrode）的轟擊（）的轟擊（Bombardment）使）使氣相中具有被鍍物的粒子（如原子），再來沉積薄膜。氣相中具有被鍍物的粒子（如原子），再來沉積薄膜。 化學(xué)氣相沉積（化學(xué)氣相沉積（Chemical Vapor Deposition）CVD 反應(yīng)氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并且生成物沉積在晶片表面反

4、應(yīng)氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并且生成物沉積在晶片表面薄膜沉積薄膜沉積技術(shù)。技術(shù)。分類及詳述分類及詳述半導(dǎo)體元件的制程半導(dǎo)體元件的制程WWW.2IC.CN鋁合金濺鍍鋁合金濺鍍 鋁合金鋁合金鋁、硅、銅合金。鋁、硅、銅合金。 硅對硅對AL有一定的固態(tài)溶有一定的固態(tài)溶解度（解度（Solid Solubility），），在在400時(shí)，硅擴(kuò)散進(jìn)入鋁，時(shí)，硅擴(kuò)散進(jìn)入鋁，且鋁也會回填硅因擴(kuò)散所留且鋁也會回填硅因擴(kuò)散所留下的空隙，形成如圖所示的下的空隙，形成如圖所示的尖峰（尖峰（Spike），解決之道），解決之道為主動摻雜為主動摻雜Si，使含量在，使含量在1%。金屬金屬Al與與Si接觸的表面接觸的表面發(fā)生發(fā)生“尖峰尖峰

5、”現(xiàn)象現(xiàn)象物理氣相沉積物理氣相沉積WWW.2IC.CN電致遷移（電致遷移（Electro migration）濺鍍沉積的鋁，經(jīng)適當(dāng)?shù)耐藶R鍍沉積的鋁，經(jīng)適當(dāng)?shù)耐嘶穑ɑ穑ˋnneal）之后，通常以）之后，通常以多晶形式存在，當(dāng)鋁傳導(dǎo)電多晶形式存在，當(dāng)鋁傳導(dǎo)電流時(shí)，由于電場的影響，鋁流時(shí)，由于電場的影響，鋁原 子 將 沿 著 晶 粒 界 面原 子 將 沿 著 晶 粒 界 面（Grain Boundary）而移動，）而移動，這一現(xiàn)象稱為電致遷移這一現(xiàn)象稱為電致遷移.Al線因電致遷移而產(chǎn)生斷路線因電致遷移而產(chǎn)生斷路物理氣相沉積物理氣相沉積WWW.2IC.CN解決：加入適量解決：加入適量Cu， 0.5%4

6、%為了預(yù)防為了預(yù)防“尖峰尖峰”、“電移電移”，使用含，使用含Si與與Cu的的AL合金做合金做導(dǎo)線。導(dǎo)線。Cu缺點(diǎn)：不易形成揮發(fā)物，不易蝕刻。缺點(diǎn)：不易形成揮發(fā)物，不易蝕刻。電致遷移（電致遷移（Electro migration）阻障層（阻障層（Barrier Layer）TiN 及及TiW 如圖所示，可避免鋁硅界面的尖峰現(xiàn)象，提升附著能力。 圖：阻障層（打上斜線者）在多重金屬制程及MOS元件上的應(yīng)用 物理氣相沉積物理氣相沉積WWW.2IC.CNSalicide制程制程 金屬鈦（或白金）極易與Si交互擴(kuò)散而形成一種電阻很低的化合物TiSi2，因此，鈦與Si的界面可以形成一個(gè)很好的歐姆接觸。 自行

7、對準(zhǔn)金屬硅化物（自行對準(zhǔn)金屬硅化物（Self-Aligned Silicide）制程）制程如圖：如圖：“自行對自行對準(zhǔn)金屬硅準(zhǔn)金屬硅化物化物”制制程的主要程的主要流程流程 物理氣相沉積物理氣相沉積WWW.2IC.CN化學(xué)氣相沉積化學(xué)氣相沉積主要介電材料：SiO2、Si3N4、PSG及BPSG-熱流。 圖：沉積薄膜在沉積后（a）及（b）經(jīng)過熱流（Flow）后，其外觀上的差異 2. 導(dǎo)體：WSix、TiSi2、Ti、W、Poly（多晶硅） 3. 半導(dǎo)體：Si、epi片 WWW.2IC.CN化學(xué)氣相沉積化學(xué)氣相沉積 Si3N4 最主要的應(yīng)用，是做為SiO2層的蝕刻幕罩（mask），且不易被氧和H2O

8、所滲透的優(yōu)點(diǎn)，這層幕罩還可以作為場氧化層（FOX）制作時(shí)防止有源區(qū)（Active Area）受氧化，這就是有名的LOCOS制程。 Poly、WSix 經(jīng)摻雜的多晶硅及硅化鎢所組成的多晶硅化金屬（Polycide）是VLSI中最主要gate導(dǎo)電層。 W鎢插塞（Tungsten Plug），極佳的階梯覆蓋能力。 圖：鎢插塞在多重金屬化制程上的應(yīng)用及其結(jié)構(gòu) WWW.2IC.CN微影（微影（Photolithography）半導(dǎo)體元件的制程半導(dǎo)體元件的制程通常以一個(gè)制程所需要經(jīng)過光罩（mask）數(shù)量來表示這個(gè)制程的難易。 1.曝光（Exposure）：把光罩上 的 圖 案 ， 完 整 地 傳 遞(Tr

9、ansfer)到晶片表面的光阻上； 2.顯影（Development）：像洗相片一樣，光阻所獲得的圖案與光罩上的相同或呈互補(bǔ)（Complementary）。WWW.2IC.CN微影（微影（Photolithography） 微影需備的器材有：光源-光罩-光阻-顯影液（Developer），NaOH、KOH中和。 微影制程：光阻覆蓋（Coating）；曝光；顯影。 光阻：主要由樹脂（Resin），感光劑（Sensitizer）及溶劑（Solvent）混合而成負(fù)光阻光阻遇光后產(chǎn)生鏈結(jié)（Cross linking），使結(jié)構(gòu)加強(qiáng)而不溶于顯影液；正光阻光阻遇光后產(chǎn)生解離，形成一種溶于顯影液的結(jié)構(gòu)。 好的

10、光阻應(yīng)具備： 附著性（Adhesion） 抗蝕刻性（Etch Resistance） 解析度（Resolution）WWW.2IC.CN 光罩：6英寸晶片，每片約需4060次左右曝光（依賴chip大?。?微影（微影（Photolithography）WWW.2IC.CN 曝光技術(shù)：5倍的mask。顯示兩種微影的曝光技術(shù)：（a）接觸式（b）投影式（c）為以10倍的光罩進(jìn)行重復(fù)且步進(jìn)的投影式曝光的概念圖。 微影微影WWW.2IC.CN光源光源解析度、聚焦深度與光源的波長有關(guān)解析度、聚焦深度與光源的波長有關(guān)微影微影因?yàn)楣庾璧暮穸?，曝光機(jī)所提供的解析度應(yīng)該至少能含蓋圖里的a、b兩點(diǎn)。我們常以DOF、來

11、表示曝光機(jī)所能提供的這個(gè)深度。 * 紫外線：4360A* 深紫外線：2480 A ，尋找波長更短的光源* X光（不易聚焦且專用光罩不易制作）* 電子束曝光時(shí)間長，影響量產(chǎn)。解析度 R0.35、0.25、0.18，聚焦深度 DOF 光阻厚度WWW.2IC.CN蝕刻（蝕刻（Etch）半導(dǎo)體元件的制程半導(dǎo)體元件的制程微影只是將光罩圖案轉(zhuǎn)移到光阻上，接下來利用這層光阻為罩幕（mask），以便對光阻下的薄膜或Si片進(jìn)行選擇性蝕刻或離子注入。蝕刻即是利用化學(xué)反應(yīng)或物理作用，把光阻上的圖案轉(zhuǎn)移到薄膜上。 元件制作：薄膜沉積元件制作：薄膜沉積-微影微影-蝕刻蝕刻 薄膜經(jīng)：（a）等向性蝕刻及（b）非等向性蝕刻后

12、的簿膜橫截面輪廓 WWW.2IC.CN刻蝕（刻蝕（Etch） 濕蝕刻：等向性蝕刻濕蝕刻：等向性蝕刻 干蝕刻：干蝕刻： 非等向性（垂直方向非等向性（垂直方向橫向蝕刻速率）橫向蝕刻速率） 選擇性（選擇性（Selectivity）蝕刻速率比蝕刻速率比 蝕刻速率蝕刻速率-產(chǎn)量產(chǎn)量 均勻性均勻性- 品質(zhì)完善，品質(zhì)完善，Yield增高增高分類：分類：WWW.2IC.CN刻蝕（刻蝕（Etch）濺擊蝕刻濺擊蝕刻 + 極佳的非等向性，但選擇性較差 ； 等離子蝕刻等離子蝕刻（Plasma Etching） + 選擇性較佳，但非等向性差；反應(yīng)性離子蝕刻反應(yīng)性離子蝕刻（Reactive Ion Etch）RIE + 選擇性、非等向性俱佳（選擇性：2:140:1;非等向性：80以上）； + 通過選用不同的氣體或含量等離子體來獲得對不同薄膜的刻蝕速率； + 基本上氟原子及氯原子都可以和各