《器件制作流程》PPT课件VIP

1,第四章集成电路制造工艺概况,4.1基本工艺介绍4.2CMOS技术发展历程简介4.3CMOS制作流程,2,MOS工艺流程中的主要制造步骤,3,4.1基本工艺介绍,基本大类：图形制备：光刻刻蚀薄膜制备掺杂,4,各个工艺的作用,光刻：将电路图形转移到光刻胶上，形成临时图形。刻蚀：用化学或物理方法有选择性的从硅片表面去除不需要的材料的过程，在硅片上没有光刻胶保护的地方形成永久的图形；,5,各个工艺的作用,薄膜制备：用化学或物理方法在硅片衬底上淀积一层膜的工艺，主要完成介质层与金属层的淀积。主要包括外延、氧化、化学气相淀积、物理气相淀积。掺杂：向特定区域掺入杂质，以改变其电学性能。主要包括扩散、离子注入。,6,硅片制造厂的硅片流程,7,CMOS反相器,8,4.2CMOS技术发展历程简介,20世纪60年代-PMOS-扩散工艺作掺杂-金属栅20世纪70年代-NMOS-离子注入工艺作掺杂-多晶硅栅,9,10,-CMOS-Minimumfeaturesize:from3mmto0.8mm-Wafersize:100mm(4in)to150mm(6in)-局部硅氧化LOCOS（LOCalOxidationofSilicon）-磷硅玻璃PSG和回流-蒸发镀膜-正胶光刻-投影光刻机-干法刻蚀和湿法刻蚀并存,20世纪80年代,11,20世纪80年代CMOS结构,12,-Featuresize:from0.8mmto0.18mm-Wafersize:from150mmto300mm-外延-浅槽隔离STI-侧墙环绕-多晶硅栅-正胶-步进光刻机-干法刻蚀形成图形-湿法刻蚀用于薄膜的剥离,20世纪90年代的CMOS技术,13,-立式炉-快速热处理-直流溅射-多层金属化-CVD钨形成钨塞-化学机械抛光CMP-多腔集系统-单片处理,14,15,21世纪的CMOS技术,Featuresize0.13mmorsmallerWafersize200mmor300mm绝缘层上硅SOI（Silicononisolator）STI铜、低k介质互连双大马士革结构,16,17,4.3CMOS制作流程,本节目标：1、理解每一步操作的目的，所采用的工艺手段。2、能够自己设计工艺流程。,18,CMOS反相器的原理图,19,20,CMOS制作流程,双阱制作隔离制作晶体管制作互连钝化,21,CMOS制作流程,双阱制作隔离制作晶体管制作互连钝化,1.双阱工艺,2.浅槽隔离工艺,3.阈值电压调整4.多晶硅栅结构工艺5.轻掺杂漏（LDD）注入工艺6.侧墙的形成7.源/漏注入工艺,8.接触的形成9.多层金属互连的形成,10.钝化工艺,22,一.双阱工艺,CMOS集成电路要把NMOS和PMOS两种器件做在一个芯片上，采用做阱的方法解决了需要两种类型衬底的问题。单阱和双阱,23,24,双阱工艺步骤,1.n阱的形成1）外延成长2）清洗、氧化层生长3）第一层掩模：N阱4）N阱注入2.p阱的形成1）第二层掩模：P阱2）P阱注入3）去除光刻胶、氧化硅4）退火,25,n阱的形成,外延成长,26,清洗、原氧化层生长,n阱的形成,27,第一层掩模：N阱,n阱的形成,28,N阱注入,n阱的形成,29,P阱的形成,第二层掩模：P阱,30,P阱注入,P阱的形成,31,去除光刻胶、氧化硅，退火,退火作用：阱区推进；激活杂质；修复损伤。,P阱的形成,32,二.浅槽隔离工艺（STI）,1.STI槽刻蚀2.STI氧化物填充3.氧化层CMP-氮化物去除,33,1.STI槽刻蚀（1）隔离氧化层淀积（2）氮化物淀积（3）第三层掩模：浅槽隔离（4）槽刻蚀2.STI氧化物填充（1）沟槽衬垫氧化硅（2）沟槽氧化硅填充3.氧化层CMP-氮化物去除（1）氧化层CMP（2）氮化物、氧化物去除,浅槽隔离工艺（STI）,34,第三层掩模,STI槽刻蚀,35,刻蚀氮化硅、氧化硅、硅,STI槽刻蚀,36,（1）沟槽衬垫氧化硅（2）沟槽氧化硅填充,氧化物填充,37,氧化层CMP,氧化层CMP-氮化物去除,38,氮化物、氧化物去除,氧化层CMP-氮化物去除,39,三.阈值电压调整,1.P阱阈值电压调整（1）第四层掩模：N阱阈值电压调整（2）离子注入2.N阱阈值电压调整（1）第五层掩模：P阱阈值电压调整（2）离子注入,40,第四层掩模：P阱阈值电压调整,P阱阈值电压调整,41,磷原子注入,P阱阈值电压调整,42,第五层掩模：N阱阈值电压调整,N阱阈值电压调整,43,硼原子注入,N阱阈值电压调整,44,四.多晶栅结构工艺,1.清洗2.栅氧化层生长3.多晶硅淀积4.第六层掩模：多晶硅栅刻蚀5.多晶硅栅刻蚀,45,多晶硅栅制备,栅氧化层生长、多晶硅淀积,46,第六层掩模：多晶硅栅刻蚀,多晶硅栅制备,47,多晶硅栅刻蚀,多晶硅栅制备,48,五.轻掺杂漏工艺（LDD）,1.N阱轻掺杂漏注入（1）第七层掩模：N阱轻掺杂漏LDD（2）N阱LDD注入2.P阱轻掺杂漏注入（1）第八层掩模：P阱轻掺杂漏LDD（2）P阱LDD注入,49,N阱轻掺杂漏注入,第七层掩模：N阱轻掺杂漏LDD,50,N阱LDD注入,N阱轻掺杂漏注入,51,P阱轻掺杂漏注入,第八层掩模：P阱轻掺杂漏LDD,52,P阱LDD注入,P阱轻掺杂漏注入,53,六.侧墙的形成,作用：环绕多晶硅，防止源漏注入过于接近沟可能发生源漏穿通。1.淀积氧化硅2.氧化硅反刻,54,侧墙的形成,淀积氧化硅,55,氧化硅反刻,侧墙的形成,56,七.源/漏注入工艺,1.n+源/漏注入（1）第九层掩模：n+源漏注入（2）n+源漏注入2.p+源/漏注入（1）第十层掩模：p+源漏注入（2）p+源漏注入（3）退火,57,源区和漏区的形成,第九层掩模：n+源漏注入,58,n+源漏注入,源区和漏区的形成,59,第十层掩模：p+源漏注入,源区和漏区的形成,60,p+源漏注入,源区和漏区的形成,61,八.接触与局部互连的形成,接触的形成1.钛的淀积2.退火3.刻蚀金属钛,62,接触的形成,钛的淀积,63,退火,接触的形成,64,刻蚀金属钛,接触的形成,65,接触的形成,66,局部互连的形成,大马士革结构1.形成局部互连氧化硅介质2.制作局部互连金属,67,1.形成局部互连氧化硅介质1）氮化硅淀积2）氧化硅淀积3）氧化硅CMP4）第十一层掩膜，接触孔刻蚀5）接触孔刻蚀,局部互连的形成,68,氮化硅、氧化硅淀积,局部互连的形成,69,氧化硅CMP,局部互连的形成,70,第十一层掩模：接触孔刻蚀,局部互连的形成,71,接触孔刻蚀,局部互连的形成,72,2.制作局部互连金属1）金属钛淀积2）氮化钛淀积3）钨淀积4）磨抛钨,局部互连的形成,73,钛、氮化钛、钨淀积,局部互连的形成,74,磨抛钨,局部互连的形成,75,九.多层金属互连的形成,四层金属层三明治结构三层金属薄膜金属层形成通孔和钨塞的形成,76,1）金属钛阻挡层2）淀积铝铜合金3）淀积氮化钛4）第十二层掩模：第一层金属刻蚀5）第一层金属刻蚀,第一层金属互连形成,77,第一层金属互连的形成,淀积钛、铝铜合金、氮化钛,78,第十二层掩模：第一层金属刻蚀,第一层金属互连的形成,79,第一层金属刻蚀,第一层金属互连的形成,80,第一层层间介质和通孔的形成：1）氧化层淀积2）氧化层CMP3）第十三层掩模：通孔刻蚀4）通孔刻蚀5）钨塞制作,通孔1和钨塞1的形成,81,氧化层淀积、氧化层CMP,通孔1和钨塞1的形成,82,第十三层掩模：通孔刻蚀,通孔1和钨塞1的形成,83,通孔刻蚀,通孔1和钨塞1的形成,84,钨塞制作,通孔1和钨塞1的形成,85,1）金属钛阻挡层2）淀积铝铜合金3）淀积氮化钛4）第十四层掩模：第二层金属刻蚀5）第一层金属刻蚀,第二层金属互连形成,86,第二层金属淀积,第二层金属互连形成,87,第十四层掩模：第二层金属刻蚀,第二层金属互连形成,88,第二层金属刻蚀,第二层金属互连形成,89,1）氧化层淀积2）氧化层CMP3）第十五层掩模：通孔刻蚀4）通孔刻蚀,通孔2和钨塞2的形成,90,第二层层间介质淀积,通孔2和钨塞2的形成,91,第十五层掩模：通孔刻蚀,通孔2和钨塞2的形成,92,通孔刻蚀,通孔2和钨塞2的形成,93,通孔2和钨塞2的形成,钨塞制作,94,1）金属钛阻挡层2）淀积铝铜合金3）淀积氮化钛4）第十六层掩模：第三层金属刻蚀5）第一层金属刻蚀,第三层金属互连形成,95,第三层金属淀积,第三层金属互连形成,96,第十六层掩模：第三层金属刻蚀,第三层金属互连形成,97,第三层金属刻蚀,第三层金属互连形成,98,1）氧化层淀积2）氧化层CMP3）第十七层掩模：通孔刻蚀4）通孔刻蚀,通孔3和钨塞3的形成,99,第三层层间介质淀积,通孔3和钨塞3的形成,100,第十七层掩模：通孔刻蚀,通孔3和钨塞3的形成,101,通