現(xiàn)代集成電路制造工藝原理-第九章

1、現(xiàn)代集成電路制造工藝原理-第九章第九章 集成電路制造工藝概況nCMOS工藝流程CMOS工藝流程n集成電路制造就是在硅片上執(zhí)行一系列復(fù)雜的化學(xué)或者物理操作。n薄膜制作n刻印n刻蝕 n摻雜CMOS工藝流程中的主要制造步驟硅片制造廠的分區(qū)概述擴(kuò)散n擴(kuò)散區(qū)：一般認(rèn)為是進(jìn)行高溫工藝及薄膜淀積的區(qū)域。n氧化，擴(kuò)散，淀積，退火以及合金n主要設(shè)備n高溫?cái)U(kuò)散爐n濕法清洗設(shè)備光刻n光刻的目的是將電路圖形轉(zhuǎn)移到覆蓋于硅片表面的光刻膠上。n光刻膠是一種光敏的化學(xué)物質(zhì)，對(duì)深紫外線和白光敏感，對(duì)黃光不敏感。在亞微米制造廠的光刻區(qū)在亞微米制造廠的光刻區(qū)Photo courtesy of Advanced Micro Dev

2、ices涂膠/顯影設(shè)備&對(duì)準(zhǔn)/曝光設(shè)備 n首先對(duì)硅片進(jìn)行預(yù)處理，涂膠、甩膠、烘干，然后將硅片送入對(duì)準(zhǔn)及曝光設(shè)備進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)和曝光，最后回到涂膠/顯影設(shè)備進(jìn)行顯影、清洗和再次烘干?？涛gn刻蝕:在硅片上沒有光刻膠保護(hù)的地方留下永久的圖形。n常見工具n等離子體刻蝕機(jī)n等離子體去膠機(jī)n濕法清洗設(shè)備圖9.5 干法等離子體刻蝕機(jī)示意圖離子注入n氣體帶著要摻的雜質(zhì)，在注入機(jī)中離化。利用高電壓和磁場(chǎng)來控制并加速離子。高能雜質(zhì)離子穿透了涂膠硅片的表面，注入到硅片的晶格結(jié)構(gòu)中。 薄膜生長(zhǎng)n負(fù)責(zé)介質(zhì)層與金屬層的淀積n溫度低于擴(kuò)散區(qū)n中低真空環(huán)境n設(shè)備n化學(xué)氣相淀積（CVD）n金屬濺射工具nSOG系統(tǒng)n快速退火裝

3、置n。拋光（CMP）n拋光（CMP）工藝的目的是使硅片表面平坦化。是化學(xué)腐蝕與機(jī)械研磨的結(jié)合。 在亞微米制造廠的拋光區(qū)Photo courtesy of Advanced Micro DevicesCMOS制作步驟n雙阱工藝n淺槽隔離工藝n多晶硅柵結(jié)構(gòu)工藝n輕摻雜漏（LDD）注入工藝n側(cè)墻的形成n漏/源（S/D）注入工藝n接觸孔的形成n局部互連工藝n通孔1和金屬塞1的形成n金屬1互連的形成n通孔2和金屬塞2的形成n金屬2互連的形成n制作金屬3直到制作壓點(diǎn)及合金n參數(shù)測(cè)試雙阱工藝-n阱n外延生長(zhǎng)外延生長(zhǎng)n原氧化生長(zhǎng)（原氧化生長(zhǎng)（1000C；150）n保護(hù)表面外延層n阻止在注入過程中對(duì)硅片過渡損傷

4、n控制雜質(zhì)注入深度n第一層掩膜，第一層掩膜，n阱注入阱注入n檢測(cè)刻印圖形的線寬是否得當(dāng)。如有重大缺陷，去膠返工。nn阱注入（高能）阱注入（高能）n磷；1mn退火退火n新的阻擋氧化層n擴(kuò)散n修復(fù)損傷n激活雙阱工藝-p阱n第二層掩膜，p阱注入np阱注入（高能）n硼的原子量為11，磷的原子量為31。所以注入硼所需的能量相當(dāng)于注入磷所需的能量的三分之一n退火淺槽隔離工藝-STI槽刻蝕n隔離氧化層（150）n氮化物淀積nSTI氧化物淀積過程中保護(hù)有源區(qū)n在化學(xué)機(jī)械拋光這一步中充當(dāng)拋光阻擋材料 n第三層掩膜，淺槽隔離nSTI槽刻蝕n刻蝕后檢測(cè)內(nèi)容：核實(shí)臺(tái)階高度，刻蝕速率，特征尺寸檢測(cè)，缺陷檢測(cè)淺槽隔離工藝

5、-STI氧化物填充n溝槽襯墊氧化硅n在曝露的隔離溝槽的側(cè)壁上生長(zhǎng)一層150的氧化層nSi3N4阻止氧分子向有源區(qū)擴(kuò)散n改善硅和填充氧化物之間的界面特性n溝槽CVD氧化物填充n利用化學(xué)氣相淀積完成淺槽隔離工藝-STI氧化層拋光-氮化物去除 n溝槽氧化物拋光（化學(xué)機(jī)械拋光）n氮化物去除n檢查隔離氧化層厚度多晶硅柵結(jié)構(gòu)工藝n柵氧化層的生長(zhǎng)n清洗在進(jìn)入氧化爐前的幾個(gè)小時(shí)內(nèi)進(jìn)行n厚度20-50 n多晶硅淀積n厚度5000n淀積后摻雜n第四層掩膜，多晶硅柵n用于定義柵光刻膠的寬度是整個(gè)集成電路上最窄的結(jié)構(gòu)。n必需進(jìn)行的質(zhì)量測(cè)量：特征尺寸、 套準(zhǔn)精度、和缺陷檢測(cè)n多晶硅柵刻蝕n使用最好的各向異性等離子體刻蝕

6、機(jī)，獲得垂直的剖面輕摻雜漏注入工藝-n-LDD注入n第五層掩膜，n-LDD注入nn-LDD注入（低能量，淺結(jié)）n使用分子量比磷大的砷砷來進(jìn)行選擇注入輕摻雜漏注入工藝-p-LDD注入n第六層掩膜，p-LDD注入np-LDD注入（低能量，淺結(jié)）n使用分子量更大的BF2代替硼，獲得淺結(jié)側(cè)墻的形成n淀積二氧化硅n厚度：1000n二氧化硅反刻n使用各向異性刻蝕工具n不需要掩膜三源/漏注入工藝-n+源/漏注入n第七層掩膜， n+源/漏注入nn+源/漏注入 （中等能量）源/漏注入工藝-p+源/漏注入n第八層掩膜， p+源/漏注入np+源/漏注入 （中等能量）n退火n使用快速退火裝置（RTP），有利于阻止結(jié)構(gòu)

7、擴(kuò)展，控制源/漏的雜質(zhì)擴(kuò)散接觸（孔）的形成n鈦的淀積n利用濺射工藝n退火n生成TiSi2n刻蝕金屬鈦n用化學(xué)方法刻蝕掉沒有發(fā)生反應(yīng)的金屬鈦n鈦的好處n電阻低n能與硅發(fā)生充分反應(yīng)。溫度700C時(shí)，生成TiSi2。n和二氧化硅不發(fā)生反應(yīng)。局部互連工藝-形成氧化硅介質(zhì)的步驟n化學(xué)氣相淀積氮化硅，作為阻擋層n摻雜氧化物的化學(xué)氣相淀積n引入雜質(zhì)能夠提高玻璃的介電特性n退火使玻璃流動(dòng)，得到更加平坦的表面n氧化層拋光n拋光后氧化層厚度約為8000n第九層掩膜，局部互連刻蝕局部互連工藝-制作局部互連金屬的步驟n金屬鈦淀積n鈦充當(dāng)了鎢與二氧化硅間的黏合劑n氮化鈦淀積nTiN充當(dāng)金屬鎢的擴(kuò)散阻擋層n鎢淀積n鎢能夠

8、無空洞地填充孔。n鎢有良好的拋磨特性n磨拋鎢n磨拋到局部互連介質(zhì)層的上表面通孔1和鎢塞1的形成-通孔1的形成n第一層層間介質(zhì)氧化物淀積n氧化物磨拋n磨拋后氧化層厚度約為8000n第十層掩膜，第一層層間介質(zhì)刻蝕n小孔直徑不到0.25mn要進(jìn)行嚴(yán)格的CD，OL,以及缺陷檢測(cè)。通孔1和鎢塞1的形成-鎢塞1的形成n金屬淀積鈦?zhàn)钃鯇觧淀積氮化鈦n鎢的擴(kuò)散阻擋層n淀積鎢n鎢填滿小的開口形成鎢塞n磨拋鎢n磨拋被鎢涂覆的硅片直到第一層層間介質(zhì)的上表面第一層金屬（金屬1）互連的形成n金屬鈦?zhàn)钃鯇拥矸en提供鎢塞和金屬鋁之間的良好鍵合。n提高金屬疊加結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性n淀積鋁銅合金n99%的鋁，1%的銅n提高鋁的穩(wěn)定性n淀積氮化鈦n抗反射層n第十一層掩膜，金屬刻蝕通孔2和鎢塞2的形成-通孔2的形成nILD-2間隙填充n高濃度等離子體化學(xué)氣相淀積nILD-2氧化物淀積n等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相淀積nILD-2 氧化物平坦化n第十二層掩膜，ILD-2刻蝕通孔2和鎢塞2的形成-鎢塞2的形成n金屬淀積鈦?zhàn)钃鯇觧使鎢塞和鋁緊密地結(jié)合n鈦與層間介質(zhì)材料的結(jié)合