第六讲-CMOS-AND-BJT-TECHNOLOGY

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)(P1~5)1.1.1工艺流程P-Sub衬底准备（P型）光刻n+埋层区氧化n+埋层区注入清洁表面P-Sub1.1.1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N+N+N-N-1.1.1工艺流程（续2）光刻硼扩散区P-SubN+N+N-N-P+P+P+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P-SubN+N+N-N-P+P+P+PP1.1.1工艺流程（续4）光刻引线孔清洁表面P-SubN+N+N-N-P+P+P+PP1.1.1工艺流程（续5）蒸镀金属反刻金属P-SubN+N+N-N-P+P+P+PP工艺流程（续6）钝化P-SubN+N+N-N-P+P+P+PP光刻钝化窗口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GNDViVoVDDTR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。BP-SubSiO2光刻胶N+埋层N–-epiP+P+P+SiO2N–-epiPPN+N+N+钝化层N+CECEBB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。BP-SubSiO2光刻胶N+埋层N–-epiP+P+P+SiO2N–-epiPPN+N+N+钝化层N+CECEBB2.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。N+N+N--epiPN--epiPP-Sub(GND)P-Sub(GND)P-Sub(GND)BP-SubSiO2光刻胶N+埋层N–-epiSiO2P+P+P+SiO2N–-epiPPN+N+N+N+CECEBB钝化层习题1.1工艺流程及光刻掩膜版的作用1.3（1）①②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§1.2MOS集成电路工艺（N阱硅栅CMOS工艺）(P9~11)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)？（LocalOxidationofSilicon)3.什么是硅栅自对准(SelfAligned)？4.N阱的作用是什么？5.NMOS和PMOS的源漏如何形成的？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+/P外延片P型单晶片P-Sub1.2.1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N阱P-SubP-SubN阱1.2.1主要工艺流程4.长薄氧、长氮化硅、光刻场区(active反版)P-Sub1.2.1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）P-Sub1.2.1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（polysilicon—poly)1.2.1主要工艺流程7.P+active注入（Pplus）（硅栅自对准）P-SubP-SubP-Sub1.2.1主要工艺流程8.N+active注入（Nplus—Pplus反版）（硅栅自对准）P-SubP-SubP-Sub1.2.1主要工艺流程9.淀积BPSG，光刻接触孔(contact)，回流P-SubP-Sub1.2.1主要工艺流程10.蒸镀金属1，反刻金属1（metal1)P-Sub1.2.1主要工艺流程11.绝缘介质淀积，平整化，光刻通孔(via)P-SubP-Sub1.2.1主要工艺流程12.蒸镀金属2，反刻金属2（metal2)P-Sub1.2.1主要工艺流程13.钝化层淀积，平整化，光刻钝化窗孔(pad)P-Sub1.2.2光刻掩膜版简图汇总N阱有源区多晶PplusNplus引线孔金属1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P-SubN-阱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。P-SubN-阱1.2.5MOS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。P-SubN-阱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CMOS电路P阱CMOS工艺，双阱CMOS工艺E/DNMOS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。§1.3BICMOS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。(P9~11)1.3.1以CMOS工艺为基础的BI-MOS工艺P+P+N+N+N+N+PN-wellN-wellP-SubP+P+N+N+N+N+PN-wellN-wellP+-SubN+-BLN+-BLP--epi1.3.2以双极型工艺为基础的BI-MOS工艺PN+N+N+PP+-SubN+-BLN+-BLN--epiP+PN+N--epiP--WellN--epi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、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500～1000nm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20～30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70～80%；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图集成电路工艺小结前工序图形转换技术：主要包括光刻、刻蚀等技术薄膜制备技术：主要包括外延、氧化、化学气相淀积、物理气相淀积(如溅射、蒸发)等掺杂技术：主要包括扩散和离子注入等技术集成电路工艺小结后工序划片封装测试老化筛选集成电路工艺小结辅助工序超净厂房技术超纯水、高纯气体制备技术光刻掩膜版制备技术材料准备技术作业设计制备NMOSFET的工艺，并画出流程图