《微电子学概论》ch4集成电路制造工艺CMOS工艺.ppt

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1、集成电路制造工艺,CMOS集成电路制造工艺,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,CMOS反相器,双极工艺 双极集成电路CMOS工艺 CMOS集成电路,栅电极：重掺杂的多晶硅,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

2、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,隔离工艺 MOS晶体管结构:自隔离性相邻MOS管之间区

3、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,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,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,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,LOCOS隔离,鸟嘴现象：费面积，存在窄沟效应,NMOS、PMOS结构,NMOS结

4、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,阈值调整注入可以不用掩膜版可以用掩膜版,N衬底,P阱,阈值调整注入,磷,阈值调整注入可以不用掩膜版直接注入磷，调整PMOS管的阈值电压 NMOS管有一定杂质补偿，与阱注入共同考虑，调整阈值电压,N衬底,P阱,阈值调整注入,磷,阈值调整注入：可以用掩膜版 PMOS阈值调整版光刻注入磷NMOS阈值调整版光刻注入硼 去胶,硼,N衬底,P阱,磷,PMOS阀值调整掩膜版,淀积氮化硅层利用掩膜版，光刻离子注入区磷离子注入，调节阀值去掉氮化硅层,N衬底,P阱,硼,NMOS阀值调整掩膜版,淀积氮化硅层利用掩膜版，光刻离子注入区

5、硼离子注入，调节阀值去掉氮化硅层,N 衬底,P 阱,Al,N+,N+,P+,P+,源,源,漏,漏,P+,体,阈值调整注入,栅氧化层和多晶硅栅,N衬底,P阱,磷,形成栅氧化层和多晶硅栅 去除氧化层 生长栅氧化层，同时热激活阈值注入 淀积多晶硅，注入磷形成掺杂多晶硅？刻蚀多晶硅栅（反应离子刻蚀）,形成重掺杂，且为N型，电子导电空穴导电,N衬底,P阱,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,N衬底,P阱,PR,磷,形成NMOS管的源漏区在光刻胶上刻蚀出NMOS管源漏区掺杂的窗口，利用光刻胶保护PMOS管区域 自对准离子注入磷或砷（需先形成多晶硅栅），形成N管源漏区去掉

6、光刻胶（Photoresist）,N衬底,P阱,PR,磷,N衬底,P阱,形成PMOS管的源漏区 在光刻胶上刻蚀出PMOS管源漏区掺杂的窗口，利用光刻胶保护NMOS管区域 自对准离子注入硼，形成P管源漏区、P阱引出去掉光刻胶（Photoresist）,硼,P+,P+,P+,N衬底,P阱,硼,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

7、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,连线 接触孔 金属连线,N衬底,P阱,P+,P+,P+,N+,N+,形成接触孔（为了

8、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,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,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,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,压焊点,1、试简述N阱CMOS晶体管的工艺流程。2、画出CMOS反相器的截面图,作 业,