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1、第第 四四 章章集成电路制造工艺集成电路制造工艺CMOS集成电路集成电路制造工艺制造工艺形成形成N阱阱?初始氧化初始氧化?淀积氮化硅层淀积氮化硅层?光刻光刻1版，定义出版，定义出N阱阱?反应离子刻蚀氮化硅层反应离子刻蚀氮化硅层?N阱离子注入，注磷阱离子注入，注磷形成形成P阱阱?在在N阱区生长厚氧化层，其它区域被氮化硅阱区生长厚氧化层，其它区域被氮化硅层保护而不会被氧化层保护而不会被氧化?去掉光刻胶及氮化硅层去掉光刻胶及氮化硅层?P阱离子注入，注硼阱离子注入，注硼推阱推阱?退火驱入退火驱入?去掉去掉N阱区的氧化层阱区的氧化层形成场隔离区形成场隔离区?生长一层薄氧化层生长一层薄氧化层?淀积一层氮化
2、硅淀积一层氮化硅?光刻场隔离区，非隔离光刻场隔离区，非隔离区被光刻胶保护起来区被光刻胶保护起来?反应离子刻蚀氮化硅反应离子刻蚀氮化硅?场区离子注入场区离子注入?热生长厚的场氧化层热生长厚的场氧化层?去掉氮化硅层去掉氮化硅层形成多晶硅栅形成多晶硅栅?生长栅氧化层生长栅氧化层?淀积多晶硅淀积多晶硅?光刻多晶硅栅光刻多晶硅栅?刻蚀多晶硅栅刻蚀多晶硅栅形成硅化物形成硅化物?淀积氧化层淀积氧化层?反应离子刻蚀氧化层，形成侧壁氧化层反应离子刻蚀氧化层，形成侧壁氧化层?淀积难熔金属淀积难熔金属Ti或或Co等等?低温退火，形成低温退火，形成C-47相的相的TiSi2或或CoSi?去掉氧化层上的没有发生化学反应
3、的去掉氧化层上的没有发生化学反应的Ti或或Co?高温退火，形成低阻稳定的高温退火，形成低阻稳定的TiSi2或或CoSi2形成形成N管源漏区管源漏区?光刻，利用光刻胶将光刻，利用光刻胶将PMOS区保护起来区保护起来?离子注入磷或砷，形成离子注入磷或砷，形成N管源漏区管源漏区形成形成P管源漏区管源漏区?光刻，利用光刻胶将光刻，利用光刻胶将NMOS区保护起来区保护起来?离子注入硼，形成离子注入硼，形成P管源漏区管源漏区形成接触孔形成接触孔?化学气相淀积磷硅玻璃层化学气相淀积磷硅玻璃层?退火和致密退火和致密?光刻接触孔版光刻接触孔版?反应离子刻蚀磷硅玻璃，形成接触孔反应离子刻蚀磷硅玻璃，形成接触孔形成
4、第一层金属形成第一层金属?淀积金属钨淀积金属钨(W)，形成钨塞形成钨塞形成第一层金属形成第一层金属?淀积金属层，如淀积金属层，如Al-Si、Al-Si-Cu合金等合金等?光刻第一层金属版，定义出连线图形光刻第一层金属版，定义出连线图形?反应离子刻蚀金属层，形成互连图形反应离子刻蚀金属层，形成互连图形形成穿通接触孔形成穿通接触孔?化学气相淀积化学气相淀积PETEOS?通过化学机械抛光进行平坦化通过化学机械抛光进行平坦化?光刻穿通接触孔版光刻穿通接触孔版?反应离子刻蚀绝缘层，形成穿通接触孔反应离子刻蚀绝缘层，形成穿通接触孔形成第二层金属形成第二层金属?淀积金属层，如淀积金属层，如Al-Si、Al-
5、Si-Cu合金等合金等?光刻第二层金属版，定义出连线图形光刻第二层金属版，定义出连线图形?反应离子刻蚀，形成第二层金属互连图形反应离子刻蚀，形成第二层金属互连图形合金合金 形成钝化层形成钝化层?在低温条件下在低温条件下(小于小于300)淀积氮化硅淀积氮化硅?光刻钝化版光刻钝化版?刻蚀氮化硅，形成钝化图形刻蚀氮化硅，形成钝化图形测试、封装，完成集成电路的制造工艺测试、封装，完成集成电路的制造工艺CMOS集成电路一般采用集成电路一般采用(100)晶向的硅材料晶向的硅材料AA双极集成电路双极集成电路制造工艺制造工艺制作埋层制作埋层?初始氧化，热生长厚度约为初始氧化，热生长厚度约为5001000nm的
6、氧化层的氧化层?光刻光刻1#版版(埋层版埋层版)，利用反应离子刻蚀技术将光刻窗，利用反应离子刻蚀技术将光刻窗口中的氧化层刻蚀掉，并去掉光刻胶口中的氧化层刻蚀掉，并去掉光刻胶?进行大剂量进行大剂量As+注入并退火，形成注入并退火，形成n+埋层埋层双极集成电路工艺双极集成电路工艺生长生长n型外延层型外延层?利用利用HF腐蚀掉硅片表面的氧化层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浓度一般由器件的用途决定形成横向氧化物隔离区形成横向氧化物隔离区?热生长一层薄氧化层，厚度约热生长一层薄氧化层，厚度约50
7、nm?淀积一层氮化硅，厚度约淀积一层氮化硅，厚度约100nm?光刻光刻2#版版(场区隔离版场区隔离版形成横向氧化物隔离区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利用反应离子刻蚀技术将光刻窗口中的氮化硅层硅层-氧化层以及一半的外延硅层刻蚀掉氧化层以及一半的外延硅层刻蚀掉?进行硼离子注入进行硼离子注入形成横向氧化物隔离区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厚的场氧化层隔离区?去掉氮化硅层去掉氮化硅层形成基区形成基区?光刻光刻3#版版(基区版基区版)，利用光刻胶将收集区遮，利用光刻胶将收集区遮挡住，暴
8、露出基区挡住，暴露出基区?基区离子注入硼基区离子注入硼形成接触孔形成接触孔：?光刻光刻4#版版(基区接触孔版基区接触孔版)?进行大剂量硼离子注入进行大剂量硼离子注入?刻蚀掉接触孔中的氧化层刻蚀掉接触孔中的氧化层形成发射区形成发射区?光刻光刻5#版版(发射区版发射区版)，利用光刻胶将基极接触，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，形成发射进行低能量、高剂量的砷离子注入，形成发射区和集电区区和集电区金属化金属化?淀积金属，一般是铝或淀积金属，一般是铝或Al-Si、Pt-Si合金等合金等?光刻光刻6#版版(连
9、线版连线版)，形成金属互连线，形成金属互连线合金：使合金：使Al与接触孔中的硅形成良好的欧与接触孔中的硅形成良好的欧姆接触，一般是在姆接触，一般是在450、N2-H2气氛下处气氛下处理理2030分钟分钟形成钝化层形成钝化层?在低温条件下在低温条件下(小于小于300)淀积氮化硅淀积氮化硅?光刻光刻7#版版(钝化版钝化版)?刻蚀氮化硅，形成钝化图形刻蚀氮化硅，形成钝化图形接触与互连接触与互连Al是目前集成电路工艺中最常用的金是目前集成电路工艺中最常用的金属互连材料属互连材料但但Al连线也存在一些比较严重的问题连线也存在一些比较严重的问题?电迁移严重、电阻率偏高、浅结穿透等电迁移严重、电阻率偏高、浅
10、结穿透等Cu连线工艺有望从根本上解决该问题连线工艺有望从根本上解决该问题?IBM、Motorola等已经开发成功等已经开发成功目前，互连线已经占到芯片总面积的目前，互连线已经占到芯片总面积的7080%；且连线的宽度越来越窄，；且连线的宽度越来越窄，电流密度迅速增加电流密度迅速增加几个概念几个概念?场区场区?有源区有源区栅结构材料栅结构材料?Al-二氧化硅结构二氧化硅结构?多晶硅多晶硅-二氧化硅结构二氧化硅结构?难熔金属硅化物难熔金属硅化物/多晶硅多晶硅-二氧化硅结构二氧化硅结构Salicide工艺工艺?淀积多晶硅、刻淀积多晶硅、刻蚀并形成侧壁氧蚀并形成侧壁氧化层；化层；?淀积淀积Ti或或Co等
11、难等难熔金属熔金属?RTP并选择腐蚀并选择腐蚀侧壁氧化层上的侧壁氧化层上的金属；金属；?最后形成最后形成Salicide结构结构隔离技术隔离技术PN结隔离结隔离场区隔离场区隔离绝缘介质隔离绝缘介质隔离沟槽隔离沟槽隔离LOCOS隔离工艺隔离工艺沟槽隔离工艺集集成成电电路路封封装装工工艺艺流流程程各种封各种封装类型装类型示意图示意图 集成电路工艺小结集成电路工艺小结前工序前工序?图形转换技术：主要包括光刻、图形转换技术：主要包括光刻、刻蚀等技术刻蚀等技术?薄膜制备技术：主要包括外延、薄膜制备技术：主要包括外延、氧化、化学气相淀积、物理气相氧化、化学气相淀积、物理气相淀积淀积(如溅射、蒸发如溅射、蒸发)等等?掺杂技术：主要包括扩散和离子掺杂技术：主要包括扩散和离子注入等技术注入等技术 集成电路工艺小结集成电路工艺小结后工序后工序?划片划片?封装封装?测试测试?老化老化?筛选筛选 集成电路工艺小结集成电路工艺小结辅助工序辅助工序?超净厂房技术超净厂房技术?超纯水、高纯气体制备技术超纯水、高纯气体制备技术?光刻掩膜版制备技术光刻掩膜版制备技术?材料准备技术材料准备技术作作 业业设计制备设计制备NMOSFET的的工艺，并画出流程图工艺，并画出流程图