COMSIC制造工藝流程課件

COMS

IC製造工藝流程

CMOS工藝流程中的主要製造步驟Figure9.1

Oxidation(Fieldoxide)SiliconsubstrateSilicondioxideoxygenPhotoresistDevelopoxidePhotoresistCoatingphotoresistMask-WaferAlignmentandExposureMaskUVlightExposedPhotoresistexposedphotoresistGSDActiveRegionstopnitrideSDGsiliconnitrideNitrideDepositionContactholesSDGContactEtchIonImplantationresistoxDGScanningionbeamSMetalDepositionandEtchdrainSDGMetalcontactsPolysiliconDepositionpolysiliconSilanegasDopantgasOxidation(Gateoxide)gateoxideoxygenPhotoresistStripoxideRFPowerIonizedoxygengasOxideEtchphotoresistoxideRFPower

IonizedCF4gasPolysiliconMaskandEtchRFPoweroxideIonizedCCl4gaspolygateRFPower1. 雙井工藝2. 淺槽隔離工藝3. 多晶矽柵結(jié)構(gòu)工藝4. 輕摻雜漏(LDD)注入工藝5. 側(cè)牆的形成6. 源/漏（S/D）注入工藝7. 接觸孔的形成8. 局部互連工藝9. 通孔1和金屬塞1的形成10. 金屬1互連的形成11. 通孔2和金屬2的形成12. 金屬2互連的形成13. 製作金屬3、壓點(diǎn)及合金14. 參數(shù)測(cè)試PassivationlayerBondingpadmetalp+SiliconsubstrateLIoxideSTIn-wellp-wellILD-1ILD-2ILD-3ILD-4ILD-5M-1M-2M-3

M-4Polygatep-Epitaxiallayerp+ILD-6LImetalViap+p+n+n+n+2314567891011121314CMOS製作步驟

一、雙井工藝

n-wellFormation

1）外延生長(zhǎng)

2）厚氧化生長(zhǎng)保護(hù)外延層免受污染；阻止了在注入過(guò)程中對(duì)矽片的過(guò)渡損傷；作為氧化物遮罩層，有助於控制注入過(guò)程中雜質(zhì)的注入深度。

3）第一層掩膜

4）n井注入（高能）

5）退火Figure9.8

p-wellFormation

1）第二層掩膜

2）P井注入(高能)

3）退火Figure9.9

二、淺曹隔離工藝

STI槽刻蝕

1）隔離氧化層

2）氮化物澱積

3）第三層掩膜，淺曹隔離

4）STI槽刻蝕

（氮化矽的作用：堅(jiān)固的掩膜材料，有助於在STI氧化物澱積過(guò)程中保護(hù)有源區(qū)；在CMP中充當(dāng)拋光的阻擋材料。）Figure9.10

STIOxideFill

1）溝槽襯墊氧化矽

2）溝槽CVD氧化物填充Figure9.11

STIFormation

1）淺曹氧化物拋光（化學(xué)機(jī)械拋光）

2）氮化物去除Figure9.12

三、PolyGateStructureProcess

電晶體中柵結(jié)構(gòu)的製作是流程當(dāng)中最關(guān)鍵的一步，因?yàn)樗俗畋〉臇叛趸瘜拥臒嵘L(zhǎng)以及多晶矽柵的形成，而後者是整個(gè)積體電路工藝中物理尺度最小的結(jié)構(gòu)。

1）柵氧化層的生長(zhǎng)

2）多晶矽澱積

3）第四層掩膜，多晶矽柵

4）多晶矽柵刻蝕Figure9.13

四、輕摻雜；漏注入工藝

隨著柵的寬度不斷減小，柵下的溝道長(zhǎng)度也不斷減小。這就增加源漏間電荷穿通的可能性，並引起不希望的溝道漏電流。LDD工藝就是為了減少這些溝道漏電流的發(fā)生。

n-LDDImplant

1）第五層研磨

2）n-LDD注入（低能量，淺結(jié)）Figure9.14

p-LDDImplant

1）第六層掩膜

2）P-

輕摻雜漏注入（低能量，淺結(jié)）Figure9.15

五、側(cè)牆的形成

側(cè)牆用來(lái)環(huán)繞多晶矽柵，防止更大劑量的源漏（S/D）注入過(guò)於接近溝道以致可能發(fā)生的源漏穿通。

1）澱積二氧化矽

2）二氧化矽反刻Figure9.16

六、源/漏注入工藝

n+Source/DrainImplant

1）第七層掩膜

2）n+源/漏注入Figure9.17

p+Source/DrainImplant

1)第八層掩膜

2）P＋源漏注入（中等能量）

3）退火Figure9.18

七、接觸（孔）的形成

鈦金屬接觸的主要步驟

1）鈦的澱積

2）退火

3）刻蝕金屬鈦Figure9.19

八、局部互連工藝

LI氧化矽介質(zhì)的形成

1）氮化矽化學(xué)氣相澱積

2）摻雜氧化物的化學(xué)氣相澱積

3）氧化層拋光（CMP）

4）第九層掩膜，局部互連刻蝕Figure9.21

LI金屬的形成

1)金屬鈦澱積（PVD工藝）

2）氮化鈦澱積

3）鎢澱積

4）磨拋鎢(化學(xué)機(jī)械工藝平坦化)Figure9.22

作為嵌入LI金屬的介質(zhì)的LI氧化矽九、通孔1和鎢塞1的形成

通孔1形成

1）第一層層間介質(zhì)氧化物澱積

2）氧化物磨拋

3）第十層掩膜，第一層層間介質(zhì)刻蝕Figure9.23

鎢塞1的形成

1）金屬澱積鈦?zhàn)钃鯇樱≒VD）

2）澱積氮化鈦（CVD）

3）澱積鎢（CVD）

4）磨拋鎢Figure9.24

多晶矽、鎢LI和鎢塞的SEM顯微照片

PolysiliconTungstenLITungstenplugMag.17,000XPhoto9.4

十、第一層金屬互連的形成

1）金屬鈦?zhàn)钃鯇訚辗e（PVD）

2）澱積鋁銅合金（PVD）

3）澱積氮化鈦（PVD）

4）第十一層掩膜，金屬刻蝕Figure9.25

第一套鎢通孔上第一層金屬

的SEM顯微照片MicrographcourtesyofIntegratedCircuitEngineeringTiNmetalcapMag.17,000XTungstenplugMetal1,AlPhoto9.5

十一、通孔2和鎢塞2的形成

製作通孔2的主要步驟

1）ILD-2間隙填充

2）ILD-2氧化物澱積

3）ILD-2氧化物平坦化

4）第十二層掩膜，ILD-2刻蝕Figure9.26

製作第二層鎢塞的主要步驟

1）金屬澱積鈦?zhàn)钃鯇?PVD)

2）澱積氮化鈦(CVD)

3）澱積鎢（CVD）

4）磨拋鎢Figure9.27

第一套鎢通孔上第一層金屬

的SEM顯微照片MicrographcourtesyofIntegratedCircuitEngineeringTiNmetalcapMag.17,000XTungstenplugMetal1,Al十二、第二層金屬互連的形成

1）澱積、刻蝕金屬2

2）填充第三層層間介質(zhì)間隙

3）澱積、平坦化ILD-3氧化物

4）刻蝕通孔3，澱積鈦/氮化鈦、鎢，平坦化Figure9.28

十三、製作第三層金屬直到製作壓點(diǎn)和合金

重複工藝製作第三層和第四層金屬後，完成第四層金屬的刻蝕，緊接著利用薄膜工藝澱積第五層層間介質(zhì)氧化物（ILD-5）(見(jiàn)下圖)。由於所刻印的結(jié)構(gòu)比先前工藝中形成的0.25μm尺寸要大很多，所以這一層介質(zhì)不需要化學(xué)機(jī)械拋光。工藝的最後一步包括再次生長(zhǎng)二氧化矽層（第六層層間介質(zhì)）以及隨後生長(zhǎng)頂層氮化矽。這一層氮化矽稱為鈍化層。其目的是保護(hù)產(chǎn)品免受潮氣、劃傷以及沾汙的影響。十四、參數(shù)測(cè)試十四、參數(shù)測(cè)試

矽片要進(jìn)行兩次測(cè)試以確定產(chǎn)品的功能可靠性：第一次測(cè)試在首層金屬刻蝕完成後進(jìn)行，第二次是在完成晶片製造的最後一步工藝後進(jìn)行。整個(gè)0.18mm的CMOS剖面Figure9.29

PassivationlayerBondingpadmetalp+SiliconsubstrateLIoxideSTIn-wellp-wellILD-1IL