现代集成电路制造工艺原理-第九章

现代集成电路制造工艺原理山东大学信息科学与工程学院王晓鲲第九章集成电路制造工艺概况CMOS工艺流程CMOS制作步骤CMOS工艺流程 集成电路制造就是在硅片上执行一系列复杂的化学或者物理操作。薄膜制作刻印刻蚀掺杂CMOS工艺流程中的主要制造步骤硅片制造厂的分区概述扩散扩散区：一般认为是进行高温工艺及薄膜淀积的区域。氧化，扩散，淀积，退火以及合金主要设备高温扩散炉湿法清洗设备光刻光刻的目的是将电路图形转移到覆盖于硅片表面的光刻胶上。光刻胶是一种光敏的化学物质，对深紫外线和白光敏感，对黄光不敏感。在亚微米制造厂的光刻区PhotocourtesyofAdvancedMicroDevices涂胶/显影设备&对准/曝光设备首先对硅片进行预处理，涂胶、甩胶、烘干，然后将硅片送入对准及曝光设备进行对准和曝光，最后回到涂胶/显影设备进行显影、清洗和再次烘干。刻蚀刻蚀:在硅片上没有光刻胶保护的地方留下永久的图形。常见工具等离子体刻蚀机等离子体去胶机湿法清洗设备图9.5干法等离子体刻蚀机示意图离子注入气体带着要掺的杂质，在注入机中离化。利用高电压和磁场来控制并加速离子。高能杂质离子穿透了涂胶硅片的表面，注入到硅片的晶格结构中。薄膜生长负责介质层与金属层的淀积温度低于扩散区中低真空环境设备化学气相淀积（CVD）金属溅射工具SOG系统快速退火装置。。。抛光（CMP）抛光（CMP）工艺的目的是使硅片表面平坦化。是化学腐蚀与机械研磨的结合。在亚微米制造厂的抛光区PhotocourtesyofAdvancedMicroDevicesCMOS制作步骤双阱工艺浅槽隔离工艺多晶硅栅结构工艺轻掺杂漏（LDD）注入工艺侧墙的形成漏/源（S/D）注入工艺接触孔的形成局部互连工艺通孔1和金属塞1的形成金属1互连的形成通孔2和金属塞2的形成金属2互连的形成制作金属3直到制作压点及合金参数测试双阱工艺-n阱外延生长原氧化生长（1000°C；150Å）保护表面外延层阻止在注入过程中对硅片过渡损伤控制杂质注入深度第一层掩膜，n阱注入检测刻印图形的线宽是否得当。如有重大缺陷，去胶返工。n阱注入（高能）磷；1μm退火新的阻挡氧化层扩散修复损伤激活双阱工艺-p阱第二层掩膜，p阱注入p阱注入（高能）硼的原子量为11，磷的原子量为31。所以注入硼所需的能量相当于注入磷所需的能量的三分之一退火浅槽隔离工艺-STI槽刻蚀隔离氧化层（150Å）氮化物淀积STI氧化物淀积过程中保护有源区在化学机械抛光这一步中充当抛光阻挡材料第三层掩膜，浅槽隔离STI槽刻蚀刻蚀后检测内容：核实台阶高度，刻蚀速率，特征尺寸检测，缺陷检测浅槽隔离工艺-STI氧化物填充沟槽衬垫氧化硅在曝露的隔离沟槽的侧壁上生长一层~150Å的氧化层Si3N4阻止氧分子向有源区扩散改善硅和填充氧化物之间的界面特性沟槽CVD氧化物填充利用化学气相淀积完成浅槽隔离工艺-STI氧化层抛光-氮化物去除

沟槽氧化物抛光（化学机械抛光）氮化物去除检查隔离氧化层厚度多晶硅栅结构工艺栅氧化层的生长清洗在进入氧化炉前的几个小时内进行厚度20-50Å

多晶硅淀积厚度5000Å淀积后掺杂第四层掩膜，多晶硅栅用于定义栅光刻胶的宽度是整个集成电路上最窄的结构。必需进行的质量测量：特征尺寸、套准精度、和缺陷检测多晶硅栅刻蚀使用最好的各向异性等离子体刻蚀机，获得垂直的剖面轻掺杂漏注入工艺-n-LDD注入第五层掩膜，n-LDD注入n-LDD注入（低能量，浅结）使用分子量比磷大的砷来进行选择注入轻掺杂漏注入工艺-p-LDD注入第六层掩膜，p-LDD注入p-LDD注入（低能量，浅结）使用分子量更大的BF2代替硼，获得浅结侧墙的形成淀积二氧化硅厚度：1000Å二氧化硅反刻使用各向异性刻蚀工具不需要掩膜三源/漏注入工艺-n+源/漏注入第七层掩膜，n+源/漏注入n+源/漏注入（中等能量）源/漏注入工艺-p+源/漏注入第八层掩膜，p+源/漏注入p+源/漏注入（中等能量）退火使用快速退火装置（RTP），有利于阻止结构扩展，控制源/漏的杂质扩散接触（孔）的形成钛的淀积利用溅射工艺退火生成TiSi2刻蚀金属钛用化学方法刻蚀掉没有发生反应的金属钛钛的好处电阻低能与硅发生充分反应。温度〉700°C时，生成TiSi2。和二氧化硅不发生反应。局部互连工艺-形成氧化硅介质的步骤化学气相淀积氮化硅，作为阻挡层掺杂氧化物的化学气相淀积引入杂质能够提高玻璃的介电特性退火使玻璃流动，得到更加平坦的表面氧化层抛光抛光后氧化层厚度约为8000Å第九层掩膜，局部互连刻蚀局部互连工艺-制作局部互连金属的步骤金属钛淀积钛充当了钨与二氧化硅间的黏合剂氮化钛淀积TiN充当金属钨的扩散阻挡层钨淀积钨能够无空洞地填充孔。钨有良好的抛磨特性磨抛钨磨抛到局部互连介质层的上表面通孔1和钨塞1的形成-通孔1的形成第一层层间介质氧化物淀积氧化物磨抛磨抛后氧化层厚度约为8000Å第十层掩膜，第一层层间介质刻蚀小孔直径不到0.25μm要进行严格的CD，OL,以及缺陷检测。通孔1和钨塞1的形成-钨塞1的形成金属淀积钛阻挡层淀积氮化钛钨的扩散阻挡层淀积钨钨填满小的开口形成钨塞磨抛钨磨抛被钨涂覆的硅片直到第一层层间介质的上表面第一层金属（金属1）互连的形成金属钛阻挡层淀积提供钨塞和金属铝之间的良好键合。提高金属叠加结构的稳定性淀积铝铜合金99%的铝，1%的铜提高铝的稳定性淀积氮化钛抗反射层第十一层掩膜，金属刻蚀通孔2和钨塞2的形成-通孔2的形成ILD-2间隙填充高浓度等离子体化学气相淀积ILD-2氧化物淀积等离子体增强化学汽相淀积ILD-2氧化物平坦化第十二层掩膜，ILD-2刻蚀通孔2和钨塞2的形成-钨塞2的形成金属淀积钛阻挡层使钨塞和铝紧密地结合钛与层间介质材料的结合也非常紧密，提高金属叠加结构的稳定性。淀积氮化钛（阻挡层）淀积钨磨抛钨磨抛有钨涂覆的硅片直到ILD-2氧化物的上表面第二层金属（金属2）互连的形成淀积刻蚀金属2填充第三层层间介质间隙淀积、平坦化ILD-3氧化物刻蚀通孔3，淀积钛/氮化钛，淀积钨，平坦化I