集成电路工艺制成介绍.ppt

离子注入 离子注入已成为VLSI制程上最主要的掺杂技术 一般CMOS制程 在约需要6 12个或更多的离子注入步骤 通常在注入前需生长200A 400A SiO2 防止 通道效应 优点是可能精确调整掺杂浓度及分布 热氧化与热制程 制程初期 高温不影响元件制作 采用热氧化 PadOxide Fox 牺牲性氧化层 SacrificialOxide 每生长1000A SiO2 将消耗约400A的硅 SiO2的作用 gate PadOxide mask SacrificialOxide FOX 热氧化与热制程 主要的退火制程有 后离子注入 PostIonImplantation 金属硅化物 Silicide 的退火 主要硅化金属材料有 WSix TiSi2 用于Salicide制程 MoSi2退火后 金属硅化物电阻率可降到只有原来的10 在源漏contact处 为防止pick发生 做阻障层 BarrierLayer TiN 但会影响欧姆接触 需溅镀Ti 退火后生成电阻很小的TiSi2 热氧化与热制程 BPSG 硼磷硅玻璃 BorophosphosilicateGlass BPSG进行热流动 Flow 所须的玻态转变温度较低850 SOG Spin OnGlass 溶液式二氧化硅 蒸除溶剂 固化400 RTP RapidThermalProcessing 快速热处理 基于900 热制程会影响源漏的结深及MOS有效沟道长度 而提出的典型应用是Salicide制程 ShortChannelNMOS的制作流程 图显示一个含LDD设计的n型MOS电晶体的截面结构 是一个为防止 短通道效应 采用LDD设计NMOS 避免因局部高电场所演生的热电子现象 ShortChannelNMOS的制作流程 下面来看NMOS的流程 SiO2与Si3N4的沉积 光罩图案的转移 ShortChannelNMOS的制作流程 Si3N4的蚀刻 通道阻绝的植入 薄氧化层起到SacrificeOxide作用 ShortChannelNMOS的制作流程 场氧化层的成长与植入离子的越入 场氧化层鸟嘴的形成原因 ShortChannelNMOS的制作流程 经Si3N4剥除后的晶片截面 垫氧化层的去除与主动区域的表面清洗 ShortChannelNMOS的制作流程 闸氧化层及多晶矽层的制作 与多晶矽层的渗杂 WSix的沉积 在进行沉积WSi2之前用HF去除薄PSG ShortChannelNMOS的制作流程 闸极光阻的微影制程 闸极的干蚀刻定义 ShortChannelNMOS的制作流程 闸极光阻的剥除 以闸极为罩幕 进行源极与汲极的N 离子植入 ShortChannelNMOS的制作流程 以CVD法 沉积SiO2 经N 扩散之后 以非等向性干蚀刻技术 进行CVD SiO2的间隙壁蚀刻 ShortChannelNMOS的制作流程 以整个含有间隙壁的闸极罩幕 进行源极与汲极的N 离子植入 作用 1 隔离 2 N 注入罩幕 Ti TiN Al Si CuAlloy TiN 防反射层 以CVD法 沉积BPSG介电层于晶片上 ShortChannelNMOS的制作流程 将晶片置入热炉管内 进行BPSG层的热流 进行接触窗的微影制程 ShortChannelNMOS的制作流程 以干蚀刻或合并湿蚀刻的使用 将接触窗上的BPSG去除 执行BPSG的再热流之后 这个步骤视制程的需要而定 以DC溅镀的方式 将构成金属的各种导电材料 依次的沉积在晶片上 以完成金属层与MOS元件的接点接触 ShortChannelNMOS的制作流程 以后的薄膜沉积将使用温度较低的APCVD PECVD 低于450 保护层 Si3N4与BSG 防止损坏Al 将金属内连线的图案转移到光阻上 以干蚀刻法将部分金属层去除 沉积作为保护层用的PSG与Si3N4 CMOS制程 n井CMOS结构 其中PMOS由于热载子 HotCarrier 现象不严重 因此 没有所谓的LDD设计 N井CMOS的截面结构 CMOS制程 流程 以第一片光罩的微影制程 将晶片上的主动区域加以定义 以第二个N井微影 将晶片上非N井的区域加以保护 CMOS制程 以离子植入法 进行N井的掺杂 光阻去除后 以热扩散法 将掺质驱入 并形成如图所示的N井轮廓 CMOS制程 以NMOS通道阻绝光罩 将晶片步受通道阻绝植入的部分 以光阻加以保护 以离子植入法 植入作为NMOS通道阻绝之用的三价掺质 CMOS制程 将光阻去除 晶片送入氧化炉管内 以湿式氧化法 将未被Si3N4保护的晶片表面氧化 而形成用以隔绝电晶体的场氧化层 以离子植入法 将晶片上暴露于外界的主动区域 进行全面性的Vt调整植入 CMOS制程 依顺序进行闸氧化层的成长 多晶矽层的沉积与掺杂及矽化钨的沉积 然后 以闸极微影及干蚀刻 将PMOS和NMOS上的闸极加以制作完成 将光阻覆盖在不需要N 植入的晶片表面区域上 CMOS制程 进行NMOS的N 离子植入 执行N 的沉积与非等向性蚀刻 以便在PMOS与NMOS闸极的两旁形成所谓的间隙壁 space CMOS制程 将作为NMOS的N 离子植入的光罩图案转移到光阻上 然后进行N 的植入 将用来阻挡离子植入的光阻覆盖在晶片的部分区域 以便于进行P 的选择性植入 CMOS制程 基本完成CMOS前段流程薄膜技术 降低所需温度 阶梯覆盖能力微影技术 光阻解析度 聚焦深度蚀刻技术 非等向性 选择性 多种金属连线制程 界面的平坦化会影响曝光的聚焦 从而影响图形传递的精确度与解析度 由于AL的熔点较低 所以后续的薄膜沉积只能用温度低于450 的PECVD技术 另外先前的BPSG由于热流温度850 900 也不能再用了 多种金属连线制程 SOG旋涂玻璃 Spin OnGlass 可用的一种平坦化技术 沟填能力 GapFill 强 图 a 刚沉积在有高低起伏的晶片表面的介电层截面 b 经部分平坦化后的介电层外观 c 具备局部平坦度的介电层 d 具备全面性平坦度的介电层 多种金属连线制程 SOG缺点 1 易造成微粒 Particles 2 有龟裂及剥离 Delamination 现象3 有残余溶剂 出气 Outgassing 问题 多种金属连线制程 下图是实际应用采用的结构 这一技术可以进行制程线宽到0 5 的沟填 GapFill 与平坦化 列有两种主要的SOG的平坦化流程 制程启始于晶片已完成第一层金属层的蚀刻 以PECVD法沉积第一层SiO2 进行SOG的涂布与固化 多种金属连线制程 紧接着 SOG的制程将分为有 无回蚀两种方式 在有回蚀的SOG制程中 上完SOG的晶片 将进行电浆干蚀刻 以去除部分的SOG 然后再沉积