集成电路的工艺分类课件

1、集成电路制造工艺分类,1. 双极型工艺（bipolar） 2. MOS工艺 3. BiMOS工艺,1-1 双极型集成电路工艺 (典型的PN结隔离工艺) (P15),1.1.1 工艺流程,衬底准备（P型）,光刻n+埋层区,氧化,n+埋层区注入,清洁表面,1.1.1 工艺流程（续1）,生长n-外延,隔离氧化,光刻p+隔离区,p+隔离注入,p+隔离推进,1.1.1 工艺流程（续2）,光刻硼扩散区,硼扩散,氧化,1.1.1 工艺流程（续3）,光刻磷扩散区,磷扩散,氧化,1.1.1 工艺流程（续4）,光刻引线孔,清洁表面,1.1.1 工艺流程（续5）,蒸镀金属,反刻金属,工艺流程（续6）,钝化,光刻钝化

2、窗口,后工序,光刻掩膜版汇总,埋层区,隔离墙,硼扩区,磷扩区,引线孔,金属连线,钝化窗口,外延层电极的引出,欧姆接触电极：金属与掺杂浓度较低的外延层相接触易形成整流接触（金半接触势垒二极管）。因此，外延层电极引出处应增加浓扩散。,埋层的作用,1.减小串联电阻（集成电路中的各个电极均从上表面引出，外延层电阻率较大且路径较长。,2.减小寄生pnp晶体管的影响（第二章介绍）,隔离的实现,1.P+隔离扩散要扩穿外延层，与p型衬底连通。因此，将n型外延层分割成若干个“岛” 。 2. P+隔离接电路最低电位，使“岛” 与“岛” 之间形成两个背靠背的反偏二极管。,其它双极型集成电路工艺简介,对通隔离：减小隔

3、离所占面积 泡发射区：减小发射区面积 磷穿透扩散：减小串联电阻 离子注入：精确控制参杂浓度和结深 介质隔离：减小漏电流,习题,1.1 工艺流程及光刻掩膜版的作用 1.3（1） 识版图 1.5 集成度与工艺水平的关系 1.6 工作电压与材料的关系,1.2 MOS集成电路工艺（N阱硅栅CMOS工艺） (P911) 参考P阱硅栅CMOS工艺,思考题,1.需要几块光刻掩膜版？各自的作用是什么？ 2.什么是局部氧化（LOCOS ) ？ （Local Oxidation of Silicon) 3.什么是硅栅自对准(Self Aligned )？ 4. N阱的作用是什么？ 5. NMOS和PMOS的源漏如

4、何形成的？ 6.衬底电极如何向外引接？,1.2.1 主要工艺流程 1.衬底准备,P型单晶片,1.2.1 主要工艺流程 2. 氧化、光刻N-阱(nwell),1.2.1 主要工艺流程 3. N-阱注入，N-阱推进,退火，清洁表面,1.2.1 主要工艺流程 4. 长薄氧、长氮化硅、光刻场区(active反版),1.2.1 主要工艺流程 5.场区氧化（LOCOS）, 清洁表面 (场区氧化前可做N管场区注入和P管场区注入）,1.2.1 主要工艺流程 6. 栅氧化,淀积多晶硅，多晶硅N+掺杂，反刻多晶 （polysiliconpoly),1.2.1 主要工艺流程 7. P+ active注入（Pplus

5、）（ 硅栅自对准）,1.2.1 主要工艺流程 8. N+ active注入（Nplus Pplus反版） （ 硅栅自对准）,1.2.1 主要工艺流程 9. 淀积BPSG，光刻接触孔(contact)，回流,1.2.1 主要工艺流程 10. 蒸镀金属1，反刻金属1（metal1),1.2.1 主要工艺流程 11. 绝缘介质淀积，平整化，光刻通孔(via),1.2.1 主要工艺流程 12. 蒸镀金属2，反刻金属2（metal2),1.2.1 主要工艺流程 13. 钝化层淀积，平整化，光刻钝化窗孔(pad),1.2.2 光刻掩膜版简图汇总,N阱,有源区,多晶,Pplus,Nplus,引线孔,金属1,

6、通孔,金属2,钝化,1.2.3 局部氧化的作用,2. 减缓表面台阶,3. 减小表面漏电流,1. 提高场区阈值电压,1.2.4 硅栅自对准的作用,在硅栅形成后，利用硅栅的遮蔽作用来形成MOS管的沟道区，使MOS管的沟道尺寸更精确，寄生电容更小。,1.2.5 MOS管衬底电极的引出,NMOS管和PMOS管的衬底电极都从上表面引出，由于P-Sub和N阱的参杂浓度都较低，为了避免整流接触，电极引出处必须有浓参杂区。,1.2.6 其它MOS工艺简介,双层多晶：易做多晶电容、多晶电阻、叠栅MOS器件，适合CMOS数/模混合电路、EEPROM等,多层金属：便于布线，连线短，连线占面积小，适合大规模、高速CM

7、OS电路,P阱CMOS工艺，双阱CMOS工艺 E/D NMOS工艺,1.2.7 习题,1.阐述N阱硅栅CMOS集成电路制造工艺的主要流程，说明流程中需要哪些光刻掩膜版及其作用。 2. NMOS管源漏区的形成需要哪些光刻掩膜版。,1.3 BI CMOS工艺简介,双极型工艺与MOS工艺相结合，双极型器件与MOS型器件共存，适合模拟和数/模混合电路。 (P911),1.3.1以CMOS工艺为基础的BI-MOS工艺,1.3.2以双极型工艺为基础的BI-MOS工艺,第 二 章 CMOS集成电路制造工艺,形成N阱 初始氧化 淀积氮化硅层 光刻1版，定义出N阱 反应离子刻蚀氮化硅层 N阱离子注入，注磷,形成

8、P阱 在N阱区生长厚氧化层，其它区域被氮化硅层保护而不会被氧化 去掉光刻胶及氮化硅层 P阱离子注入，注硼,推阱 退火驱入 去掉N阱区的氧化层,形成场隔离区 生长一层薄氧化层 淀积一层氮化硅 光刻场隔离区，非隔离区被光刻胶保护起来 反应离子刻蚀氮化硅 场区离子注入 热生长厚的场氧化层 去掉氮化硅层,形成多晶硅栅 生长栅氧化层 淀积多晶硅 光刻多晶硅栅 刻蚀多晶硅栅,形成硅化物 淀积氧化层 反应离子刻蚀氧化层，形成侧壁氧化层 淀积难熔金属Ti或Co等 低温退火，形成C-47相的TiSi2或CoSi 去掉氧化层上的没有发生化学反应的Ti或Co 高温退火，形成低阻稳定的TiSi2或CoSi2,形成N管

9、源漏区 光刻，利用光刻胶将PMOS区保护起来 离子注入磷或砷，形成N管源漏区 形成P管源漏区 光刻，利用光刻胶将NMOS区保护起来 离子注入硼，形成P管源漏区,形成接触孔 化学气相淀积磷硅玻璃层 退火和致密 光刻接触孔版 反应离子刻蚀磷硅玻璃，形成接触孔,形成第一层金属 淀积金属钨(W)，形成钨塞,形成第一层金属 淀积金属层，如Al-Si、Al-Si-Cu合金等 光刻第一层金属版，定义出连线图形 反应离子刻蚀金属层，形成互连图形,形成穿通接触孔 化学气相淀积PETEOS 通过化学机械抛光进行平坦化 光刻穿通接触孔版 反应离子刻蚀绝缘层，形成穿通接触孔 形成第二层金属 淀积金属层，如Al-Si、

10、Al-Si-Cu合金等 光刻第二层金属版，定义出连线图形 反应离子刻蚀，形成第二层金属互连图形,合金 形成钝化层 在低温条件下(小于300)淀积氮化硅 光刻钝化版 刻蚀氮化硅，形成钝化图形 测试、封装，完成集成电路的制造工艺 CMOS集成电路一般采用(100)晶向的硅材料,AA,第三章 双极集成电路 制造工艺,制作埋层 初始氧化，热生长厚度约为5001000nm的氧化层 光刻1#版(埋层版)，利用反应离子刻蚀技术将光刻窗口中的氧化层刻蚀掉，并去掉光刻胶 进行大剂量As+注入并退火，形成n+埋层,双极集成电路工艺,生长n型外延层 利用HF腐蚀掉硅片表面的氧化层 将硅片放入外延炉中进行外延，外延层

11、的厚度和掺杂浓度一般由器件的用途决定,形成横向氧化物隔离区 热生长一层薄氧化层，厚度约50nm 淀积一层氮化硅，厚度约100nm 光刻2#版(场区隔离版,形成横向氧化物隔离区 利用反应离子刻蚀技术将光刻窗口中的氮化硅层-氧化层以及一半的外延硅层刻蚀掉 进行硼离子注入,形成横向氧化物隔离区 去掉光刻胶，把硅片放入氧化炉氧化，形成厚的场氧化层隔离区 去掉氮化硅层,形成基区 光刻3#版(基区版)，利用光刻胶将收集区遮挡住，暴露出基区 基区离子注入硼,形成接触孔： 光刻4#版(基区接触孔版) 进行大剂量硼离子注入 刻蚀掉接触孔中的氧化层,形成发射区 光刻5#版(发射区版)，利用光刻胶将基极接触孔保护起

12、来，暴露出发射极和集电极接触孔 进行低能量、高剂量的砷离子注入，形成发射区和集电区,金属化 淀积金属，一般是铝或Al-Si、Pt-Si合金等 光刻6#版(连线版)，形成金属互连线 合金：使Al与接触孔中的硅形成良好的欧姆接触，一般是在450、N2-H2气氛下处理2030分钟 形成钝化层 在低温条件下(小于300)淀积氮化硅 光刻7#版(钝化版) 刻蚀氮化硅，形成钝化图形,接触与互连,Al是目前集成电路工艺中最常用的金属互连材料 但Al连线也存在一些比较严重的问题 电迁移严重、电阻率偏高、浅结穿透等 Cu连线工艺有望从根本上解决该问题 IBM、Motorola等已经开发成功 目前，互连线已经占到芯片总面积的7080%；且连线的宽度越来越窄，电流密度迅速增加,几个概念 场区 有源区 栅结构材料 Al-二氧化硅结构 多晶硅-二氧化硅结构 难熔金属硅化物/多晶硅-二氧化硅结构,Salicide工艺 淀积多晶硅、刻蚀并形成侧壁氧化层； 淀积Ti或Co等难熔金属 RTP并选择腐蚀侧壁氧化层上的金属； 最后形成Salicide结构,隔离技术,PN结隔离 场区隔离 绝缘介质隔离 沟槽隔离,LOCOS隔离工艺,沟槽隔离工艺,集成电路封装工艺流程,各种封装类型 示意