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电信学院微电子教研室半导体制造技术byMichaelQuirkandJulianSerda半导体制造技术西安交通大学微电子技术教研室第十七章COMSIC制造工艺流程电信学院微电子教研室半导体制造技术byMichaelQuirkandJulianSerda目标通过本章的学习,将能够:1.画出典型的亚微米CMOSIC制造流程图;2.描述CMOS制造工艺14个步骤的主要目的;4.讨论每一步CMOS制造流程的关键工艺。电信学院微电子教研室半导体制造技术byMichaelQuirkandJulianSerdaCMOS工艺流程中的主要制造步骤Figure9.1Oxidation(Fieldoxide)SiliconsubstrateSilicondioxideoxygenPhotoresistDevelopoxidePhotoresistCoatingphotoresistMask-WaferAlignmentandExposureMaskUVlightExposedPhotoresistexposedphotoresistGSDActiveRegionstopnitrideSDGsiliconnitrideNitrideDepositionContactholesSDGContactEtchIonImplantationoxDGScanningionbeamSMetalDepositionandEtchdrainSDGMetalcontactsPolysiliconDepositionpolysiliconSilanegasDopantgasOxidation(Gateoxide)gateoxideoxygenPhotoresistStripoxideIonizedoxygengasOxideEtchphotoresistoxideIonizedCF4gasPolysiliconMaskandEtchoxideIonizedCCl4gas电信学院微电子教研室半导体制造技术byMichaelQuirkandJulianSerda1.双井工艺2.浅槽隔离工艺3.多晶硅栅结构工艺4.轻掺杂漏(LDD)注入工艺5.侧墙的形成6.源/漏(S/D)注入工艺7.接触孔的形成8.局部互连工艺9.通孔1和金属塞1的形成10.金属1互连的形成11.通孔2和金属2的形成12.金属2互连的形成13.制作金属3、压点及合金14.参数测试PassivationlayerBondingpadmetalp+SiliconsubstrateLIoxideSTIn-wellp-wellILD-1ILD-2ILD-3ILD-4ILD-5M-1M-2M-3M-4Polygatep-Epitaxiallayerp+ILD-6LImetalViap+p+n+n+n+2314567891011121314CMOS制作步骤电信学院微电子教研室半导体制造技术byMichaelQuirkandJulianSerda一、双井工艺n-wellFormation1)外延生长2)厚氧化生长保护外延层免受污染;阻止了在注入过程中对硅片的过渡损伤;作为氧化物屏蔽层,有助于控制注入过程中杂质的注入深度。3)第一层掩膜4)n井注入(高能)5)退火312PhotoImplantDiffusion4PolishEtch5ThinFilms~5um(Dia=200mm,~2mmthick)PhotoresistPhosphorusimplant312p+Siliconsubstratep-EpitaxiallayerOxide5n-well4Figure9.8电信学院微电子教研室半导体制造技术byMichaelQuirkandJulianSerdap-wellFormation1)第二层掩膜2)P井注入(高能)3)退火ThinFilms312PhotoImplantDiffusionPolishEtchp+SiliconsubstrateBoronimplantPhotoresist1p-EpitaxiallayerOxide3n-well2p-wellFigure9.9电信学院微电子教研室半导体制造技术byMichaelQuirkandJulianSerda二、浅曹隔离工艺STI槽刻蚀1)隔离氧化层2)氮化物淀积3)第三层掩膜,浅曹隔离4)STI槽刻蚀(氮化硅的作用:坚固的掩膜材料,有助于在STI氧化物淀积过程中保护有源区;在CMP中充当抛光的阻挡材料。)ThinFilms12PhotoPolishEtchImplantDiffusion34+IonsSelectiveetchingopensisolationregionsintheepilayer.p+Siliconsubstratep-Epitaxiallayern-wellp-well3Photoresist2Nitride41OxideSTItrenchFigure9.10电信学院微电子教研室半导体制造技术byMichaelQuirkandJulianSerdaSTIOxideFill1)沟槽衬垫氧化硅2)沟槽CVD氧化物填充12DiffusionPolishEtchPhotoImplantThinFilmsp-wellTrenchfillbychemicalvapordeposition1Lineroxidep+Siliconsubstratep-Epitaxiallayern-well2NitrideTrenchCVDoxideOxideFigure9.11电信学院微电子教研室半导体制造技术byMichaelQuirkandJulianSerdaSTIFormation1)浅曹氧化物抛光(化学机械抛光)2)氮化物去除ThinFilms12DiffusionEtchPhotoImplantPolishp-well12Planarizationbychemical-mechanicalpolishingSTIoxideafterpolishLineroxidep+Siliconsubstratep-Epitaxiallayern-wellNitridestripFigure9.12电信学院微电子教研室半导体制造技术byMichaelQuirkandJulianSerda三、PolyGateStructureProcess晶体管中栅结构的制作是流程当中最关键的一步,因为它包含了最薄的栅氧化层的热生长以及多晶硅栅的形成,而后者是整个集成电路工艺中物理尺度最小的结构。1)栅氧化层的生长2)多晶硅淀积3)第四层掩膜,多晶硅栅4)多晶硅栅刻蚀ThinFilms12DiffusionEtchPhotoImplantPolish34p+SiliconsubstrateGateoxide12p-Epitaxiallayern-wellp-wellPolysilicondepositionPolygateetch43PhotoresistARCFigure9.13电信学院微电子教研室半导体制造技术byMichaelQuirkandJulianSerda四、轻掺杂;漏注入工艺随着栅的宽度不断减小,栅下的沟道长度也不断减小。这就增加源漏间电荷穿通的可能性,并引起不希望的沟道漏电流。LDD工艺就是为了减少这些沟道漏电流的发生。n-LDDImplant1)第五层研磨2)n-LDD注入(低能量,浅结)ThinFilms12DiffusionEtchPhotoImplantPolishp+Siliconsubstratep-Epitaxiallayern-wellp-welln-n-n-1PhotoresistmaskArsenicn-LDDimplant2Figure9.14电信学院微电子教研室半导体制造技术byMichaelQuirkandJulianSerdap-LDDImplant1)第六层掩膜2)P-轻掺杂漏注入(低能量,浅结)12DiffusionEtchPhotoImplantPolishThinFilmsp+Siliconsubstratep-Epitaxiallayern-wellp-wellPhotoresistMask1p-p-Photoresistmask1n-n-2BFp-LDDimplant2p-n-Figure9.15电信学院微电子教研室半导体制造技术byMichaelQuirkandJulianSerda五、侧墙的形成侧墙用来环绕多晶硅栅,防止更大剂量的源漏(S/D)注入过于接近沟道以致可能发生的源漏穿通。1)淀积二氧化硅2)二氧化硅反刻12DiffusionEtchPhotoImplantPolishThinFilms+Ionsp+Siliconsubstratep-Epitaxiallayern-wellp-wellp-p-1SpaceroxideSidewallspacer2Spaceretchbackbyanisotropicplasmaetcherp-n-n-n-Figure9.16电信学院微电子教研室半导体制造技术byMichaelQuirkandJulianSerda六、源/漏注入工艺n+Source/DrainImplant1)第七层掩膜2)n+源/漏注入ThinFilms12DiffusionEtchPhotoImplantPolishp+Siliconsubstratep-Epitaxiallayern-wellp-welln+Arsenicn+S/Dimplant2Photoresistmask1n+n+Figure9.17电信学院微电子教研室半导体制造技术byMichaelQuirkandJulianSerdap+Source/DrainImplant1)第八层掩膜2)P+源漏注入(中等能量)3)退火12DiffusionEtchPhotoPolishThinFilmsImplant3Boronp+S/Dimplant2p+Siliconsubstratep-Epitaxiallayern-wellp-wellPhotoresistMask11Photoresistmaskn+p+p+n+n+p+Figure9.18电信学院微电子教研室半导体制造技术byMichaelQuirkandJulianSerda七、接触(孔)的形成钛金属接触的主要步骤1)钛的淀积2)退火3)刻蚀金属钛ThinFilms12DiffusionEtchPhotoImplantPolish32Tisilicidecontactformation(anneal)Titaniumetch3Titaniumdepostion1n+p+n-wellp+n+p-welln+p+p-Epitaxiallayerp+SiliconsubstrateFigure9.19电信学院微电子教研室半导体制造技术byMichaelQuirkandJulianSerda八、局部互连工艺LI氧化硅介质的形成1)氮化硅化学气相淀积2)掺杂氧化物的化学气相淀积3)氧化层抛光(CMP)4)第九层掩膜,局部互连刻蚀1NitrideCVDp-wellp-wellp-Epitaxiallayerp+SiliconsubstrateLIoxide2DopedoxideCVD4LIoxideetchOxidepolish3DiffusionEtchPhotoImplantPolish3421ThinFilmsFigure9.21电信学院微电子教研室半导体制造技术byMichaelQuirkandJulianSerdaLI金属的形成1)金属钛淀积(PVD工艺)2)氮化钛淀积3)钨淀积4)磨抛钨(化学机械工艺平坦化)ThinFilmsDiffusionPhotoImplant3214EtchPolishn-wellLItungstenpolishTungstendepositionTi/TiNdeposition234LIoxideTideposition1p-wellp-Epita
本文标题:第九讲-COMS-IC工艺流程
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