微电子学概论》-ch4_集成电路制造工艺_CMOS工艺课件.pptVIP

上一次课的主要内容 从原始硅片到封装测试前的关键工艺 图形转换：将设计在掩膜版(类似于照相底片)上的图形转移到半导体单晶片上。 工艺：光刻、刻蚀 掺杂：根据设计的需要，将各种杂质掺杂在需要的位置上，形成晶体管、接触等 工艺：扩散，离子注入 ，退火 薄膜制备：制作各种材料的薄膜 工艺：氧化，化学气相淀积，物理气相淀积 工艺集成 工艺集成：组合工艺，制备不同类型的集成电路 栅电极： 重掺杂的多晶硅 隔离工艺 MOS晶体管结构: 自隔离性 相邻MOS管之间区域（氧化层）上有导线经过时，寄生MOS管可能开启，相邻晶体管之间的隔离被破坏 MOS集成电路隔离：如何防止寄生晶体管开启 增大场氧化层厚度 提高场氧下面硅层的表面掺杂浓度，提高阀值 LOCOS隔离 连线 接触孔 金属连线 形成穿通接触孔 化学气相淀积磷硅玻璃 通过化学机械抛光进行平坦化 光刻穿通接触孔版 反应离子刻蚀磷硅玻璃，形成穿通接触孔 形成第二层金属 淀积金属层，如Al-Si、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 形成钝化层 在低温条件下(小于300℃)淀积氮化硅(PECVD) 光刻钝化版 刻蚀氮化硅，形成钝化图形，刻出压焊点 测试、封装，完成集成电路的制造工艺 N衬底 P阱 P+ P+ P+ N+ N+ N衬底 P阱 P+ P+ P+ N+ N+ 形成自对准多晶硅/硅化物（salicide）：降低寄生电阻 低温淀积氧化层 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，形成难溶金属硅化物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 N衬底 P阱 P+ P+ P+ N+ N+ 形成自对准多晶硅/硅化物（salicide）：降低寄生电阻 低温淀积氧化层 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，形成难溶金属硅化物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 NMOS结构 PMOS结构 N型(100)衬底的原始硅片 P阱(well) 隔离 阈值调整注入 栅氧化层和多晶硅栅 NMOS管源漏注入 PMOS管源漏注入 连线 P N+ N+ Al Al N衬底 P阱 P+ P+ P+ N+ N+ 形成接触孔（为了实现层间互连） 淀积氧化层（层间绝缘） 退火和致密 反应离子刻蚀氧化层，形成接触孔 N衬底 P阱 P+ P+ P+ N+ N+ N衬底 P阱 P+ P+ P+ N+ N+ 金属连线 形成接触孔后，淀积金属钨(W)，形成钨塞 淀积金属层，形成第一层金属，如Al-Si、Al-Si-Cu等 光刻金属版，定义出连线图形 刻蚀金属连线层，形成互连图形 NMOS结构 PMOS结构 N型(100)衬底的原始硅片 P阱(well) 隔离 连线 钝化、测试、封装 压焊点 下一页 上一页 集成电路制造工艺 ——CMOS集成电路制造工艺 CMOS反相器 双极工艺 双极集成电路 CMOS工艺 CMOS集成电路 P N+ N+ Al Al 多晶硅 氧化层 金属 N 衬底 P 阱 Al N+ N+ P+ P+ 源 源 漏 漏 P+ 体 N 衬底 P 阱 Al N+ N+ P+ P+ 源 源 漏 漏 P+ 体 N型(100)衬底的原始硅片 P阱(well) N衬底 P阱CMOS集成电路工艺流程 制备阱的原因：需要在同一衬底上制备p和n两种类型MOSFET N衬底 P 形成P阱 初始氧化：生成二氧化硅薄氧化层(氧化层作用) 淀积氮化硅层：离子注入时的掩蔽层 光刻，定义出P阱位置 反应离子刻蚀氮化硅层 P阱离子注入: 带氧化层注入 硼注入 N衬底 P阱 N衬底 P阱 推阱 退火驱入：使阱的深度达到所需要求（激活） 有一定氧化 去掉氮化硅、氧化层 N型(100)衬底的原始硅片 P阱(well) 隔离 器件间的泄漏电流，相互干扰甚至导致逻辑状态改变 隔离不完全 N衬底 P阱 硼注入 生长一层薄氧化层 淀积一层氮化硅 光刻场区，有源区被光刻胶保护 反应离子刻蚀氮化硅 场区离子注入：同时也形成沟道阻挡层 热生长厚的场氧化层（激活，半槽氧化隔离） 去掉氮化硅层 LOCOS隔离(local oxidation) 场氧光刻掩膜版 N衬底 P阱 N衬底 P阱 鸟嘴现象：费面