工艺流程_现代cmos工艺基本流程培训课件

1 现代CMOS工艺基本流程 现代CMOS工艺基本流程 2 SiliconSubstrateP 2um 725um SiliconEpiLayerP 选择衬底 晶圆的选择掺杂类型 N或P 电阻率 掺杂浓度 晶向高掺杂 P 的Si晶圆低掺杂 P 的Si外延层 3 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP PadOxide 热氧化 热氧化形成一个SiO2薄层 厚度约20nm高温 H2O或O2气氛缓解后续步骤形成的Si3N4对Si衬底造成的应力 4 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP SiliconNitride Si3N4淀积 Si3N4淀积厚度约250nm化学气相淀积 CVD 作为后续CMP的停止层 5 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP SiliconNitride Photoresist 光刻胶成形 光刻胶成形厚度约0 5 1 0um光刻胶涂敷 曝光和显影用于隔离浅槽的定义 6 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP SiliconNitride Photoresist Si3N4和SiO2刻蚀 Si3N4和SiO2刻蚀基于氟的反应离子刻蚀 RIE 7 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP SiliconNitride Photoresist TransistorActiveAreas IsolationTrenches 隔离浅槽刻蚀 隔离浅槽刻蚀基于氟的反应离子刻蚀 RIE 定义晶体管有源区 8 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP SiliconNitride TransistorActiveAreas IsolationTrenches 除去光刻胶 除去光刻胶氧等离子体去胶 把光刻胶成分氧化为气体 9 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP SiliconNitride FuturePMOSTransistor SiliconDioxide FutureNMOSTransistor Nocurrentcanflowthroughhere SiO2淀积 SiO2淀积用氧化物填充隔离浅槽厚度约为0 5 1 0um 和浅槽深度和几何形状有关化学气相淀积 CVD 10 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP SiliconNitride FuturePMOSTransistor FutureNMOSTransistor Nocurrentcanflowthroughhere 化学机械抛光 化学机械抛光 CMP CMP除去表面的氧化层到Si3N4层为止 11 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP FuturePMOSTransistor FutureNMOSTransistor 除去Si3N4 除去Si3N4热磷酸 H3PO4 湿法刻蚀 约180 12 TrenchOxide CrossSection BareSilicon 平面视图 完成浅槽隔离 STI 13 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP FuturePMOSTransistor FutureNMOSTransistor Photoresist 光刻胶成形 光刻胶成形厚度比较厚 用于阻挡离子注入用于N 阱的定义 14 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP FutureNMOSTransistor Photoresist N Well Phosphorous Ions 磷离子注入 磷离子注入高能磷离子注入形成局部N型区域 用于制造PMOS管 15 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP FutureNMOSTransistor N Well 除去光刻胶 16 Photoresist SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP FutureNMOSTransistor N Well 光刻胶成形 光刻胶成形厚度比较厚 用于阻挡离子注入用于P 阱的定义 17 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP Photoresist N Well Boron Ions P Well 硼离子注入高能硼离子注入形成局部P型区域 用于制造NMOS管 硼离子注入 18 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP N Well P Well 除去光刻胶 19 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP P Well N Well 退火 退火在600 1000 的H2环境中加热修复离子注入造成的Si表面晶体损伤注入杂质的电激活同时会造成杂质的进一步扩散快速加热工艺 RTP 可以减少杂质的扩散 20 TrenchOxide N Well P Well CrossSection 完成N 阱和P 阱 平面视图 21 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP P Well N Well SacrificialOxide 牺牲氧化层生长 牺牲氧化层生长厚度约25nm用来捕获Si表面的缺陷 22 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP P Well N Well 除去牺牲氧化层 除去牺牲氧化层HF溶液湿法刻蚀剩下洁净的Si表面 23 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP P Well N Well GateOxide 栅氧化层生长 栅氧化层生长工艺中最关键的一步厚度2 10nm要求非常洁净 厚度精确 1 用作晶体管的栅绝缘层 24 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP P Well N Well Polysilicon 多晶硅淀积 多晶硅淀积厚度150 300nm化学气相淀积 CVD 25 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP P Well N Well Photoresist ChannelLength Polysilicon 光刻胶成形 光刻胶成形工艺中最关键的图形转移步骤栅长的精确性是晶体管开关速度的首要决定因素使用最先进的曝光技术 深紫外光 DUV 光刻胶厚度比其他步骤薄 26 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP P Well N Well Photoresist ChannelLength 多晶硅刻蚀 多晶硅刻蚀基于氟的反应离子刻蚀 RIE 必须精确的从光刻胶得到多晶硅的形状 27 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP P Well N Well GateOxide PolyGateElectrode 除去光刻胶 28 TrenchOxide N Well P Well CrossSection Polysilicon 平面视图 完成栅极 29 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP P Well N Well GateOxide PolyGateElectrode PolyRe oxidation 多晶硅氧化 多晶硅氧化在多晶硅表面生长薄氧化层用于缓冲隔离多晶硅和后续步骤形成的Si3N4 30 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP P Well N Well Photoresist 光刻胶成形 光刻胶成形用于控制NMOS管的衔接注入 31 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP P Well N Well Photoresist Arsenic Ions NTip NMOS管衔接注入 NMOS管衔接注入低能量 浅深度 低掺杂的砷离子注入衔接注入用于削弱栅区的热载流子效应 32 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP P Well N Well NTip 除去光刻胶 33 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP P Well N Well Photoresist NTip 光刻胶成形 光刻胶成形用于控制PMOS管的衔接注入 34 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP P Well N Well Photoresist BF2 Ions NTip PTip PMOS管衔接注入低能量 浅深度 低掺杂的BF2 离子注入衔接注入用于削弱栅区的热载流子效应 PMOS管衔接注入 35 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP P Well N Well NTip PTip 除去光刻胶 36 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP P Well N Well SiliconNitride ThinnerHere ThickerHere NTip PTip PTip Si3N4淀积 Si3N4淀积厚度120 180nmCVD 37 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP P Well N Well SpacerSidewall NTip PTip PTip Si3N4刻蚀 Si3N4刻蚀水平表面的薄层Si3N4被刻蚀 留下隔离侧墙侧墙精确定位晶体管源区和漏区的离子注入RIE 38 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP P Well N Well Photoresist NTip PTip 光刻胶成形 光刻胶成形用于控制NMOS管的源 漏区注入 39 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP P Well N Well Photoresist Arsenic Ions N Drain N Source PTip NMOS管源 漏注入 NMOS管源 漏注入浅深度 重掺杂的砷离子注入 形成了重掺杂的源 漏区隔离侧墙阻挡了栅区附近的注入 40 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP P Well N Well N Drain N Source PTip 除去光刻胶 41 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP P Well N Well N Drain N Source Photoresist PTip 光刻胶成形 光刻胶成形用于控制PMOS管的源 漏区注入 42 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP P Well N Well BF2 Ions Photoresist N Drain N Source P Source P Drain PMOS管源 漏注入 PMOS管源 漏注入浅深度 重掺杂的BF2 离子注入 形成了重掺杂的源 漏区隔离侧墙阻挡了栅区附近的注入 43 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP P Well N Well N Drain N Source P Source P Drain LightlyDoped Tips 除去光刻胶和退火 除去光刻胶和退火用RTP工艺 消除杂质在源 漏区的迁移 44 TrenchOxide Polysilicon CrossSection N Well P Well N Source Drain P Source Drain Spacer 平面视图 完成晶体管源 漏极 电子器件形成 45 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP P Well N Well N Drain N Source P Drain P Source 除去表面氧化物 除去表面氧化物在HF溶液中快速浸泡 使栅 源 漏区的Si暴露出来 46 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP P Well N Well N Drain N Source P Drain P Source Titanium Ti淀积 Ti淀积厚度20 40nm溅射工艺Ti淀积在整个晶圆表面 47 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP P Well N Well N Drain N Source P Drain P Source TitaniumSilicide UnreactedTitanium TiSi2形成 TiSi2形成RTP工艺 N2气氛 800 在Ti和Si接触的区域 形成TiSi2其他区域的Ti没有变化称为自对准硅化物工艺 Salicide 48 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP P Well N Well N Drain N Source P Drain P Source TitaniumSilicide Ti刻蚀 Ti刻蚀NH4OH H2O2湿法刻蚀未参加反应的Ti被刻蚀TiSi2保留下来 形成Si和金属之间的欧姆接触 49 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP P Well N Well N Drain N Source P Drain P Source BPSG BPSG淀积 硼磷硅玻璃 BPSG 淀积CVD 厚度约1umSiO2并掺杂少量硼和磷改善薄膜的流动性和禁锢污染物的性能这一层绝缘隔离器件和第一层金属 50 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP P Well N Well N Drain N Source P Drain P Source BPSG BPSG抛光 硼磷硅玻璃 BPSG 抛光CMP在BPSG层上获得一个光滑的表面 51 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP P Well N Well N Drain N Source P Drain P Source BPSG Photoresist 光刻胶成形 光刻胶成形用于定义接触孔 Contacts 这是一个关键的光刻步骤 52 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP P Well N Well N Drain N Source P Drain P Source BPSG Photoresist 接触孔刻蚀 接触孔刻蚀基于氟的RIE获得垂直的侧墙提供金属和底层器件的连接 53 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP P Well N Well N Drain N Source P Drain P Source BPSG 除去光刻胶 54 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP P Well N Well N Drain N Source P Drain P Source BPSG TitaniumNitride TiN淀积 TiN淀积厚度约20nm溅射工艺有助于后续的钨层附着在氧化层上 55 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP P Well N Well N Drain N Source P Drain P Source BPSG TitaniumNitride Tungsten 钨淀积 钨淀积CVD厚度不少于接触孔直径的一半填充接触孔 56 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP P Well N Well N Drain N Source P Drain P Source BPSG WContactPlug 钨抛光 钨抛光CMP除去表面的钨和TiN留下钨塞填充接触孔 57 TrenchOxide Polysilicon CrossSection N Well P Well N Source Drain P Source Drain Spacer Contact 平面视图 完成接触孔 多晶硅上的接触孔没有出现在剖面图上 58 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP P Well N Well N Drain N Source P Drain P Source BPSG WContactPlug Metal1 Ti 200 electromigrationshunt TiN 500 diffusionbarrier Al Cu 5000 mainconductor TiN 500 antireflectivecoating Metal1淀积 第一层金属淀积 Metal1 实际上由多个不同的层组成溅射工艺 59 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP P Well N Well N Drain N Source P Drain P Source BPSG WContactPlug Metal1 Photoresist 光刻胶成形 光刻胶成形用于定义Metal1互连 60 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP P Well N Well N Drain N Source P Drain P Source BPSG WContactPlug Metal1 Photoresist Metal1刻蚀 Metal1刻蚀基于氯的RIE由于Metal1由多层金属组成 所以需要多个刻蚀步骤 61 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP P Well N Well N Drain N Source P Drain P Source BPSG WContactPlug Metal1 除去光刻胶 62 TrenchOxide Polysilicon CrossSection N Well P Well N Source Drain P Source Drain Spacer Contact Metal1 平面视图 完成第一层互连 63 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP P Well N Well N Drain N Source P Drain P Source BPSG WContactPlug Metal1 IMD1 IMD淀积 金属间绝缘体 IMD 淀积未掺杂的SiO2连续的CVD和刻蚀工艺 厚度约1um填充在金属线之间 提供金属层之间的绝缘隔离 64 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP P Well N Well N Drain N Source P Drain P Source BPSG WContactPlug Metal1 IMD1 IMD抛光 IMD抛光CMP 65 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP P Well N Well N Drain N Source P Drain P Source BPSG WContactPlug Metal1 IMD1 Photoresist 光刻胶成形 光刻胶成形用于定义通孔 Vias 66 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP P Well N Well N Drain N Source P Drain P Source BPSG WContactPlug Metal1 Photoresist IMD1 通孔刻蚀 通孔刻蚀基于氟的RIE 获得垂直的侧墙提供金属层之间的连接 67 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP P Well N Well N Drain N Source P Drain P Source BPSG WContactPlug Metal1 IMD1 除去光刻胶 68 Tungsten SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP P Well N Well N Drain N Source P Drain P Source BPSG WContactPlug Metal1 IMD1 WViaPlug TiN和钨淀积 TiN和钨淀积同第一层互连 69 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP P Well N Well N Drain N Source P Drain P Source BPSG WContactPlug Metal1 IMD1 WViaPlug 钨和TiN抛光 钨和TiN抛光同第一层互连 70 TrenchOxide Polysilicon CrossSection N Well P Well N Source Drain P Source Drain Spacer Contact Metal1 Via1 平面视图 完成通孔 71 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP P Well N Well N Drain N Source P Drain P Source BPSG WContactPlug Metal1 IMD1 WViaPlug Metal2 Metal2淀积 Metal2淀积类似于Metal1厚度和宽度增加 连接更长的距离 承载更大的电流 72 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP P Well N Well N Drain N Source P Drain P Source BPSG WContactPlug Metal1 Photoresist IMD1 WViaPlug Metal2 光刻胶成形 光刻胶成形相邻的金属层连线方向垂直 减小层间的感应耦合 73 SiliconSubstrateP SiliconEpiLayerP P Well N Well N Drain N Sou