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1、第十章：工艺集成10.1 引引 言言n n单项工艺单项工艺单项工艺单项工艺 单项工艺是指氧化、扩散、离子注入、光刻、刻单项工艺是指氧化、扩散、离子注入、光刻、刻单项工艺是指氧化、扩散、离子注入、光刻、刻单项工艺是指氧化、扩散、离子注入、光刻、刻蚀、沉积、蒸发与溅射或蚀、沉积、蒸发与溅射或蚀、沉积、蒸发与溅射或蚀、沉积、蒸发与溅射或CMPCMPn n工艺集成工艺集成工艺集成工艺集成 工艺集成就是多个工艺集成就是多个工艺集成就是多个工艺集成就是多个单项工艺的组合。单项工艺的组合。单项工艺的组合。单项工艺的组合。n n不同的单项工艺组合可形成各种不同的单项工艺组合可形成各种不同的单项工艺组合可形成各
2、种不同的单项工艺组合可形成各种ICIC制造技术（如制造技术（如制造技术（如制造技术（如0.5um0.5um CMOSCMOS技术、技术、技术、技术、0.5um0.5um BipolarBipolar技术、技术、技术、技术、0.5um0.5um BICMOSBICMOS技术、技术、技术、技术、0.5um0.5um BCDBCD技术等）。技术等）。技术等）。技术等）。n n本章介绍两种集成电路制造技术本章介绍两种集成电路制造技术本章介绍两种集成电路制造技术本章介绍两种集成电路制造技术1.1.早期基本的早期基本的早期基本的早期基本的3.0m CMOS3.0m CMOS集成电路工艺技术集成电路工艺技术
3、集成电路工艺技术集成电路工艺技术2.2.现代先进的现代先进的现代先进的现代先进的0.18m CMOS0.18m CMOS集成电路工艺技术集成电路工艺技术集成电路工艺技术集成电路工艺技术n n硅片制造厂的分区硅片制造厂的分区硅片制造厂的分区硅片制造厂的分区 亚微米亚微米CMOS IC 制造厂典型的硅片流程模型制造厂典型的硅片流程模型 7 7大工艺步骤：大工艺步骤：大工艺步骤：大工艺步骤：1.1.双阱工艺双阱工艺双阱工艺双阱工艺 2.LOCOS2.LOCOS（LOCLOCal al OOxidation of xidation of S Silicon ilicon）隔离工艺隔离工艺隔离工艺隔离工
4、艺 3.3.多晶硅栅结构工艺多晶硅栅结构工艺多晶硅栅结构工艺多晶硅栅结构工艺 4.4.源源源源/漏（漏（漏（漏（S/DS/D）注入工艺）注入工艺）注入工艺）注入工艺 5.5.金属互连的形成金属互连的形成金属互连的形成金属互连的形成 6.6.制作压点及合金制作压点及合金制作压点及合金制作压点及合金 7.7.参数测试参数测试参数测试参数测试10.2 10.2 早期基本的早期基本的早期基本的早期基本的3.0m CMOS3.0m CMOS集成电路工艺技术集成电路工艺技术集成电路工艺技术集成电路工艺技术 工艺流程：工艺流程：工艺流程：工艺流程：1.1.双阱工艺双阱工艺双阱工艺双阱工艺备片备片备片备片初氧
5、氧化初氧氧化初氧氧化初氧氧化光刻光刻光刻光刻NN阱区阱区阱区阱区NN阱磷注入阱磷注入阱磷注入阱磷注入刻蚀初氧层刻蚀初氧层刻蚀初氧层刻蚀初氧层光光光光刻刻刻刻P P阱区阱区阱区阱区P P阱硼注入阱硼注入阱硼注入阱硼注入阱推进阱推进阱推进阱推进2.LOCOS2.LOCOS隔离工艺隔离工艺隔离工艺隔离工艺垫垫垫垫氧氧氧氧氧氧氧氧化化化化氮氮氮氮化化化化硅硅硅硅沉沉沉沉积积积积光光光光刻刻刻刻有有有有源源源源区区区区光光光光刻刻刻刻NMOSNMOS管管管管场场场场区区区区NMOSNMOS管场区硼注入管场区硼注入管场区硼注入管场区硼注入场区选择氧化场区选择氧化场区选择氧化场区选择氧化3.3.多晶硅栅结构
6、工艺多晶硅栅结构工艺多晶硅栅结构工艺多晶硅栅结构工艺去除氮化硅去除氮化硅去除氮化硅去除氮化硅栅氧化栅氧化栅氧化栅氧化多晶硅沉积多晶硅沉积多晶硅沉积多晶硅沉积多晶掺磷多晶掺磷多晶掺磷多晶掺磷光刻多晶硅光刻多晶硅光刻多晶硅光刻多晶硅n n工艺流程（续）：工艺流程（续）：工艺流程（续）：工艺流程（续）：4.4.源源源源/漏（漏（漏（漏（S/DS/D）注入工艺）注入工艺）注入工艺）注入工艺光刻光刻光刻光刻NMOSNMOS管源漏区管源漏区管源漏区管源漏区NMOSNMOS管源漏区磷注入管源漏区磷注入管源漏区磷注入管源漏区磷注入光刻光刻光刻光刻PMOSPMOS管源漏区管源漏区管源漏区管源漏区PMOSPMOS
7、管源漏硼注入管源漏硼注入管源漏硼注入管源漏硼注入5.5.金属互连的形成金属互连的形成金属互连的形成金属互连的形成BPSGBPSG沉积沉积沉积沉积回流回流回流回流/增密增密增密增密光刻接触孔光刻接触孔光刻接触孔光刻接触孔溅射溅射溅射溅射Si-Al-CuSi-Al-Cu光刻光刻光刻光刻金属互连金属互连金属互连金属互连6.6.制作压点及合金制作压点及合金制作压点及合金制作压点及合金钝化钝化钝化钝化光刻压焊窗口光刻压焊窗口光刻压焊窗口光刻压焊窗口合金合金合金合金7.7.参数测试参数测试参数测试参数测试光刻光刻光刻光刻 NN阱区阱区阱区阱区 工艺目的：定义工艺目的：定义工艺目的：定义工艺目的：定义PMO
8、SPMOS管的管的管的管的NN阱区域阱区域阱区域阱区域 工工工工艺艺艺艺方方方方法法法法：光光光光刻刻刻刻7 7步步步步骤骤骤骤（HMDSHMDS气气气气相相相相成成成成底底底底膜膜膜膜、涂涂涂涂胶胶胶胶、软烘、对准曝光、显影、坚膜、检查）软烘、对准曝光、显影、坚膜、检查）软烘、对准曝光、显影、坚膜、检查）软烘、对准曝光、显影、坚膜、检查）工艺要求：边缘整齐、无针孔、无小岛工艺要求：边缘整齐、无针孔、无小岛工艺要求：边缘整齐、无针孔、无小岛工艺要求：边缘整齐、无针孔、无小岛NN阱磷注入：阱磷注入：阱磷注入：阱磷注入：注入能量注入能量注入能量注入能量120KEV120KEV、注、注、注、注入剂量
9、入剂量入剂量入剂量2.0E132.0E131.1.1.1.双阱工艺双阱工艺双阱工艺双阱工艺阱推进阱推进阱推进阱推进：工艺目的：形成符合要求的阱杂质浓度分布工艺目的：形成符合要求的阱杂质浓度分布工艺目的：形成符合要求的阱杂质浓度分布工艺目的：形成符合要求的阱杂质浓度分布 工艺方法：高温（工艺方法：高温（工艺方法：高温（工艺方法：高温（N2N2O2O2）气氛）气氛）气氛）气氛 工艺要求：工艺要求：工艺要求：工艺要求：NN阱阱阱阱RR 1000/1000/左右左右左右左右 P P阱阱阱阱RR 2500/2500/左右左右左右左右 Xj Xj 4.0m4.0m左右左右左右左右1.1.1.1.双阱工艺双
10、阱工艺双阱工艺双阱工艺阱的作用：阱的作用：减小寄生的闭锁效应减小寄生的闭锁效应 1.1.1.1.双阱工艺双阱工艺双阱工艺双阱工艺CMOS器件截面图器件截面图寄生寄生BJT等效电路图等效电路图n nNN阱光刻版图及阱光刻版图及阱光刻版图及阱光刻版图及NN阱剖面图阱剖面图阱剖面图阱剖面图1.1.1.1.双阱工艺双阱工艺双阱工艺双阱工艺n nP P阱光刻版图及阱光刻版图及阱光刻版图及阱光刻版图及P P阱剖面图阱剖面图阱剖面图阱剖面图1.1.1.1.双阱工艺双阱工艺双阱工艺双阱工艺垫氧氧化垫氧氧化垫氧氧化垫氧氧化工艺目的：减小氮化硅与硅之间的应力。工艺目的：减小氮化硅与硅之间的应力。工艺目的：减小氮化
11、硅与硅之间的应力。工艺目的：减小氮化硅与硅之间的应力。工艺方法：去除硅片上的所有氧化层、清洗、干氧氧化工艺方法：去除硅片上的所有氧化层、清洗、干氧氧化工艺方法：去除硅片上的所有氧化层、清洗、干氧氧化工艺方法：去除硅片上的所有氧化层、清洗、干氧氧化工艺要求：厚度工艺要求：厚度工艺要求：厚度工艺要求：厚度tox tox 50nm50nm左右左右左右左右氮化硅沉积氮化硅沉积氮化硅沉积氮化硅沉积工艺目的：做后续选择氧化的掩蔽层工艺目的：做后续选择氧化的掩蔽层工艺目的：做后续选择氧化的掩蔽层工艺目的：做后续选择氧化的掩蔽层工艺方法：工艺方法：工艺方法：工艺方法：LPCVDLPCVD工艺要求：厚度工艺要求
12、：厚度工艺要求：厚度工艺要求：厚度170nm170nm左右左右左右左右2.LOCOS2.LOCOS2.LOCOS2.LOCOS隔离工艺隔离工艺隔离工艺隔离工艺光刻有源区光刻有源区光刻有源区光刻有源区 工艺目的：定义工艺目的：定义工艺目的：定义工艺目的：定义NMOSNMOS管和管和管和管和PMOSPMOS管的有源区管的有源区管的有源区管的有源区 工艺方法：光刻工艺方法：光刻工艺方法：光刻工艺方法：光刻7 7步、步、步、步、RIERIE刻蚀氮化硅、湿法去胶刻蚀氮化硅、湿法去胶刻蚀氮化硅、湿法去胶刻蚀氮化硅、湿法去胶 工艺要求：同工艺要求：同工艺要求：同工艺要求：同NN阱光刻阱光刻阱光刻阱光刻2.L
13、OCOS2.LOCOS2.LOCOS2.LOCOS隔离工艺隔离工艺隔离工艺隔离工艺光刻光刻光刻光刻NN管场区管场区管场区管场区（用（用（用（用P P阱版）阱版）阱版）阱版）工艺目的：定义工艺目的：定义工艺目的：定义工艺目的：定义NMOSNMOS管场区，并为场区注入提管场区，并为场区注入提管场区，并为场区注入提管场区，并为场区注入提 供光刻胶阻挡层供光刻胶阻挡层供光刻胶阻挡层供光刻胶阻挡层 工艺方法：光刻工艺方法：光刻工艺方法：光刻工艺方法：光刻7 7步、不刻蚀、不去胶步、不刻蚀、不去胶步、不刻蚀、不去胶步、不刻蚀、不去胶 工艺要求：同工艺要求：同工艺要求：同工艺要求：同NN阱光刻阱光刻阱光刻阱
14、光刻2.LOCOS2.LOCOS2.LOCOS2.LOCOS隔离工艺隔离工艺隔离工艺隔离工艺n nNMOSNMOS管场区光刻版图及剖面图管场区光刻版图及剖面图管场区光刻版图及剖面图管场区光刻版图及剖面图2.LOCOS2.LOCOS2.LOCOS2.LOCOS隔离工艺隔离工艺隔离工艺隔离工艺场区选择氧化场区选择氧化场区选择氧化场区选择氧化（LOCOSLOCOS）工艺目的：实现同种工艺目的：实现同种工艺目的：实现同种工艺目的：实现同种MOSMOS管之间的电气隔离。管之间的电气隔离。管之间的电气隔离。管之间的电气隔离。工艺方法：去胶、清洗，（干工艺方法：去胶、清洗，（干工艺方法：去胶、清洗，（干工艺
15、方法：去胶、清洗，（干 湿干）高温氧化湿干）高温氧化湿干）高温氧化湿干）高温氧化 工艺要求：场氧厚度工艺要求：场氧厚度工艺要求：场氧厚度工艺要求：场氧厚度800nm800nm左右左右左右左右2.LOCOS2.LOCOS2.LOCOS2.LOCOS隔离工艺隔离工艺隔离工艺隔离工艺n n实际的实际的实际的实际的LOCOSLOCOS剖面图剖面图剖面图剖面图2.LOCOS2.LOCOS2.LOCOS2.LOCOS隔离工艺隔离工艺隔离工艺隔离工艺n nLOCOSLOCOS隔离原理：隔离原理：隔离原理：隔离原理：场区寄生场区寄生NMOS剖面图剖面图去除氮化硅去除氮化硅去除氮化硅去除氮化硅 工艺方法：工艺方
16、法：工艺方法：工艺方法：去除氮化硅上的氧化层去除氮化硅上的氧化层去除氮化硅上的氧化层去除氮化硅上的氧化层 180180的热磷酸去氮化硅的热磷酸去氮化硅的热磷酸去氮化硅的热磷酸去氮化硅 去除垫氧层去除垫氧层去除垫氧层去除垫氧层3.3.3.3.多晶硅栅结构工艺多晶硅栅结构工艺多晶硅栅结构工艺多晶硅栅结构工艺栅氧化栅氧化栅氧化栅氧化 工艺目的：形成工艺目的：形成工艺目的：形成工艺目的：形成MOSMOS器件的栅电介质层器件的栅电介质层器件的栅电介质层器件的栅电介质层 工艺方法：干氧掺氯氧化工艺方法：干氧掺氯氧化工艺方法：干氧掺氯氧化工艺方法：干氧掺氯氧化 工艺要求：厚度工艺要求：厚度工艺要求：厚度工艺
17、要求：厚度50nm50nm、QssQss小小小小多晶硅沉积多晶硅沉积多晶硅沉积多晶硅沉积 工艺目的：做工艺目的：做工艺目的：做工艺目的：做MOSMOS管的栅电极管的栅电极管的栅电极管的栅电极 工艺方法：工艺方法：工艺方法：工艺方法：LPCVD LPCVD 工艺要求：厚度：工艺要求：厚度：工艺要求：厚度：工艺要求：厚度：400nm 400nm3.3.3.3.多晶硅栅结构工艺多晶硅栅结构工艺多晶硅栅结构工艺多晶硅栅结构工艺光刻多晶硅光刻多晶硅光刻多晶硅光刻多晶硅（续）（续）（续）（续）工艺方法：光刻工艺方法：光刻工艺方法：光刻工艺方法：光刻7 7步，步，步，步，ClCl基气体基气体基气体基气体RI
18、ERIE刻蚀、湿法去胶刻蚀、湿法去胶刻蚀、湿法去胶刻蚀、湿法去胶 工艺要求：特征尺寸工艺要求：特征尺寸工艺要求：特征尺寸工艺要求：特征尺寸CDCD检查（小于设计值的检查（小于设计值的检查（小于设计值的检查（小于设计值的1010）多晶硅栅侧壁陡直多晶硅栅侧壁陡直多晶硅栅侧壁陡直多晶硅栅侧壁陡直3.3.3.3.多晶硅栅结构工艺多晶硅栅结构工艺多晶硅栅结构工艺多晶硅栅结构工艺n n多晶硅光刻版图及栅结构剖面图多晶硅光刻版图及栅结构剖面图多晶硅光刻版图及栅结构剖面图多晶硅光刻版图及栅结构剖面图3.3.3.3.多晶硅栅结构工艺多晶硅栅结构工艺多晶硅栅结构工艺多晶硅栅结构工艺光刻光刻光刻光刻NMOSNMO
19、S管源漏区管源漏区管源漏区管源漏区 工艺目的：定义工艺目的：定义工艺目的：定义工艺目的：定义NMOSNMOS源漏注入区及源漏注入区及源漏注入区及源漏注入区及PMOSPMOS的衬底的衬底的衬底的衬底 接触区，并提供光刻胶阻挡层。接触区，并提供光刻胶阻挡层。接触区，并提供光刻胶阻挡层。接触区，并提供光刻胶阻挡层。工艺方法：光刻工艺方法：光刻工艺方法：光刻工艺方法：光刻7 7步、不刻蚀、不去胶步、不刻蚀、不去胶步、不刻蚀、不去胶步、不刻蚀、不去胶NMOSNMOS源漏区磷注入源漏区磷注入源漏区磷注入源漏区磷注入：能量：能量：能量：能量100KEV100KEV、剂量、剂量、剂量、剂量2E152E15 4
20、.4.4.4.源源源源/漏（漏（漏（漏（S/DS/DS/DS/D）注入工艺）注入工艺）注入工艺）注入工艺n nNMOSNMOS管源漏注入区光刻版图及剖面图管源漏注入区光刻版图及剖面图管源漏注入区光刻版图及剖面图管源漏注入区光刻版图及剖面图4.4.4.4.源源源源/漏（漏（漏（漏（S/DS/DS/DS/D）注入工艺）注入工艺）注入工艺）注入工艺光刻光刻光刻光刻PMOSPMOS管源漏注入区管源漏注入区管源漏注入区管源漏注入区 工艺目的：定义工艺目的：定义工艺目的：定义工艺目的：定义PMOSPMOS源漏注入区及源漏注入区及源漏注入区及源漏注入区及NMOSNMOS管的管的管的管的 衬底接触区，并提供光
21、刻胶阻挡层。衬底接触区，并提供光刻胶阻挡层。衬底接触区，并提供光刻胶阻挡层。衬底接触区，并提供光刻胶阻挡层。工艺方法：同工艺方法：同工艺方法：同工艺方法：同NMOSNMOS管源漏光刻。管源漏光刻。管源漏光刻。管源漏光刻。PMOSPMOS源漏区硼注入源漏区硼注入源漏区硼注入源漏区硼注入：能量：能量：能量：能量60KEV60KEV、剂量：、剂量：、剂量：、剂量：1E151E154.4.4.4.源源源源/漏（漏（漏（漏（S/DS/DS/DS/D）注入工艺）注入工艺）注入工艺）注入工艺n nPMOSPMOS管源漏注入区光刻版图及器件剖面图管源漏注入区光刻版图及器件剖面图管源漏注入区光刻版图及器件剖面图
22、管源漏注入区光刻版图及器件剖面图4.4.4.4.源源源源/漏（漏（漏（漏（S/DS/DS/DS/D）注入工艺）注入工艺）注入工艺）注入工艺BPSGBPSG沉积沉积沉积沉积 工艺目的：器件有源区与金属互连之间的电气隔离，工艺目的：器件有源区与金属互连之间的电气隔离，工艺目的：器件有源区与金属互连之间的电气隔离，工艺目的：器件有源区与金属互连之间的电气隔离，并保护器件表面免受沾污。并保护器件表面免受沾污。并保护器件表面免受沾污。并保护器件表面免受沾污。工艺方法：工艺方法：工艺方法：工艺方法：LPCVDLPCVD 工艺要求：厚度工艺要求：厚度工艺要求：厚度工艺要求：厚度 1000nm 1000nm5
23、.5.5.5.金属互连的形成金属互连的形成金属互连的形成金属互连的形成回流回流回流回流/增密增密增密增密 工艺目的：工艺目的：工艺目的：工艺目的：源漏注入杂质的电激活源漏注入杂质的电激活源漏注入杂质的电激活源漏注入杂质的电激活 减小注入损伤减小注入损伤减小注入损伤减小注入损伤 BPSGBPSG致密化致密化致密化致密化 BPSGBPSG回流，芯片平坦化回流，芯片平坦化回流，芯片平坦化回流，芯片平坦化 。工艺方法：工艺方法：工艺方法：工艺方法：950 950 30 30分氮气分氮气分氮气分氮气5.5.5.5.金属互连的形成金属互连的形成金属互连的形成金属互连的形成光刻接触孔光刻接触孔光刻接触孔光刻
24、接触孔 工艺目的：形成连接器件有源区和金属布线之间的工艺目的：形成连接器件有源区和金属布线之间的工艺目的：形成连接器件有源区和金属布线之间的工艺目的：形成连接器件有源区和金属布线之间的 通道孔通道孔通道孔通道孔 工艺方法：光刻工艺方法：光刻工艺方法：光刻工艺方法：光刻7 7步步步步 工艺要求：同第一次光刻工艺要求：同第一次光刻工艺要求：同第一次光刻工艺要求：同第一次光刻 5.5.5.5.金属互连的形成金属互连的形成金属互连的形成金属互连的形成光刻接触孔光刻接触孔光刻接触孔光刻接触孔（续）（续）（续）（续）工艺目的：形成连接器件有源区和金属布线之间的工艺目的：形成连接器件有源区和金属布线之间的工
25、艺目的：形成连接器件有源区和金属布线之间的工艺目的：形成连接器件有源区和金属布线之间的 通道孔通道孔通道孔通道孔 工艺方法：工艺方法：工艺方法：工艺方法：RIERIE刻蚀、湿法去胶刻蚀、湿法去胶刻蚀、湿法去胶刻蚀、湿法去胶 5.5.5.5.金属互连的形成金属互连的形成金属互连的形成金属互连的形成n n接触孔光刻版图及器件剖面图接触孔光刻版图及器件剖面图接触孔光刻版图及器件剖面图接触孔光刻版图及器件剖面图5.5.5.5.金属互连的形成金属互连的形成金属互连的形成金属互连的形成 溅射溅射溅射溅射Si-Al-CuSi-Al-Cu工艺目的：制作电路元器件的金属电极工艺目的：制作电路元器件的金属电极工艺
26、目的：制作电路元器件的金属电极工艺目的：制作电路元器件的金属电极工艺方法：溅射材料工艺方法：溅射材料工艺方法：溅射材料工艺方法：溅射材料SiSi（1 1）AlAlCuCu（0.50.5），），），），磁控溅射。磁控溅射。磁控溅射。磁控溅射。工艺要求：厚度工艺要求：厚度工艺要求：厚度工艺要求：厚度1.2m1.2m5.5.5.5.金属互连的形成金属互连的形成金属互连的形成金属互连的形成光刻金属电极光刻金属电极光刻金属电极光刻金属电极 工艺目的：工艺目的：工艺目的：工艺目的：形成电路的金属互连线。形成电路的金属互连线。形成电路的金属互连线。形成电路的金属互连线。工艺方法：工艺方法：工艺方法：工艺方法
27、：光光光光刻刻刻刻7 7步，步，步，步，ClCl基气体基气体基气体基气体RIERIE刻蚀，干法氧等离子体去胶刻蚀，干法氧等离子体去胶刻蚀，干法氧等离子体去胶刻蚀，干法氧等离子体去胶5.5.5.5.金属互连的形成金属互连的形成金属互连的形成金属互连的形成n n金属电极光刻版图及剖面图金属电极光刻版图及剖面图金属电极光刻版图及剖面图金属电极光刻版图及剖面图5.5.5.5.金属互连的形成金属互连的形成金属互连的形成金属互连的形成钝化钝化钝化钝化 工艺目的：保护器件表面，防止金属线划伤、表工艺目的：保护器件表面，防止金属线划伤、表工艺目的：保护器件表面，防止金属线划伤、表工艺目的：保护器件表面，防止金
28、属线划伤、表 面面面面 吸潮、表面吸潮、表面吸潮、表面吸潮、表面 沾污。沾污。沾污。沾污。工艺方法：工艺方法：工艺方法：工艺方法：PECVDPECVD生长氧化硅和氮化硅介质层生长氧化硅和氮化硅介质层生长氧化硅和氮化硅介质层生长氧化硅和氮化硅介质层 工艺要求：工艺要求：工艺要求：工艺要求：toxtox300nm300nm左右、左右、左右、左右、t tSiNSiN700nm700nm左右左右左右左右6.6.6.6.制作压点及合金制作压点及合金制作压点及合金制作压点及合金光刻压焊窗口光刻压焊窗口光刻压焊窗口光刻压焊窗口 工艺目的：开出金属电极窗口以便压焊键合工艺目的：开出金属电极窗口以便压焊键合工艺
29、目的：开出金属电极窗口以便压焊键合工艺目的：开出金属电极窗口以便压焊键合 工艺方法：光刻工艺方法：光刻工艺方法：光刻工艺方法：光刻7 7步步步步6.6.6.6.制作压点及合金制作压点及合金制作压点及合金制作压点及合金光刻压焊窗口光刻压焊窗口光刻压焊窗口光刻压焊窗口（续）（续）（续）（续）工艺目的：开出金属电极窗口以便压焊键合工艺目的：开出金属电极窗口以便压焊键合工艺目的：开出金属电极窗口以便压焊键合工艺目的：开出金属电极窗口以便压焊键合 工艺方法：工艺方法：工艺方法：工艺方法：RIERIE刻蚀，干法去胶刻蚀，干法去胶刻蚀，干法去胶刻蚀，干法去胶 6.6.6.6.制作压点及合金制作压点及合金制作
30、压点及合金制作压点及合金合金合金合金合金 工艺目的：金属与器件有源区之间形成良好的欧工艺目的：金属与器件有源区之间形成良好的欧工艺目的：金属与器件有源区之间形成良好的欧工艺目的：金属与器件有源区之间形成良好的欧 姆接触。姆接触。姆接触。姆接触。工艺方法：合金炉，工艺方法：合金炉，工艺方法：合金炉，工艺方法：合金炉，420420 30 30分（分（N2N2H2H2）6.6.6.6.制作压点及合金制作压点及合金制作压点及合金制作压点及合金CMOSCMOS器件结构剖面图及电路图器件结构剖面图及电路图器件结构剖面图及电路图器件结构剖面图及电路图 CMOS反相器反相器电路图电路图 CMOS器件结构剖面图
31、器件结构剖面图7.7.7.7.参数测试参数测试参数测试参数测试n n一种一种一种一种1.0m 1.0m 双阱双阱双阱双阱CMOSCMOS电路实际版图电路实际版图电路实际版图电路实际版图n n一种一种一种一种0.5m 0.5m 双阱双阱双阱双阱CMOSCMOS电路芯片照片电路芯片照片电路芯片照片电路芯片照片-有源及多晶有源及多晶有源及多晶有源及多晶n n一种一种一种一种0.5m 0.5m 双阱双阱双阱双阱CMOSCMOS电路芯片照片电路芯片照片电路芯片照片电路芯片照片-N-N阱及阱及阱及阱及P P阱阱阱阱n n一种一种一种一种0.5m 0.5m 双阱双阱双阱双阱CMOSCMOS电路芯片照片电路芯
32、片照片电路芯片照片电路芯片照片-第一层金属第一层金属第一层金属第一层金属n n一种一种一种一种0.5m 0.5m 双阱双阱双阱双阱CMOSCMOS电路芯片照片电路芯片照片电路芯片照片电路芯片照片-第二层金属第二层金属第二层金属第二层金属10.3 10.3 现代先进的现代先进的现代先进的现代先进的0.18m CMOS0.18m CMOS集成电路工艺技术集成电路工艺技术集成电路工艺技术集成电路工艺技术 1414大工艺步骤：大工艺步骤：大工艺步骤：大工艺步骤：1.1.双阱工艺双阱工艺双阱工艺双阱工艺 2.2.浅槽隔离工艺浅槽隔离工艺浅槽隔离工艺浅槽隔离工艺 3.3.多晶硅栅结构工艺多晶硅栅结构工艺多
33、晶硅栅结构工艺多晶硅栅结构工艺 4.4.轻掺杂漏（轻掺杂漏（轻掺杂漏（轻掺杂漏（LDDLDD）工艺）工艺）工艺）工艺 5.5.侧墙形成工艺侧墙形成工艺侧墙形成工艺侧墙形成工艺 6.6.源源源源/漏（漏（漏（漏（S/DS/D）注入工艺）注入工艺）注入工艺）注入工艺 7.7.接触形成工艺接触形成工艺接触形成工艺接触形成工艺 8.8.局部互连工艺局部互连工艺局部互连工艺局部互连工艺 9.9.通孔通孔通孔通孔1 1和金属塞和金属塞和金属塞和金属塞1 1的形成的形成的形成的形成 10.10.金属金属金属金属1 1互连的形成互连的形成互连的形成互连的形成 11.11.通孔通孔通孔通孔2 2和金属塞和金属塞
34、和金属塞和金属塞2 2的形成的形成的形成的形成 12.12.金属金属金属金属2 2互连的形成互连的形成互连的形成互连的形成 13.13.制作金属制作金属制作金属制作金属3 3直到制作压点及合金直到制作压点及合金直到制作压点及合金直到制作压点及合金 14.14.参数测试参数测试参数测试参数测试 1.双阱工艺双阱工艺n nNN阱的形成步骤阱的形成步骤阱的形成步骤阱的形成步骤n n1.1.外延生长外延生长外延生长外延生长：88英寸、英寸、英寸、英寸、P P/P/P、外延层厚度约、外延层厚度约、外延层厚度约、外延层厚度约5.0m5.0m、片厚片厚片厚片厚1.5mm1.5mm左右左右左右左右n n2.2
35、.薄氧氧化薄氧氧化薄氧氧化薄氧氧化：厚度：厚度：厚度：厚度150150 作用作用作用作用 表面保护以免沾污表面保护以免沾污表面保护以免沾污表面保护以免沾污减小注入损伤减小注入损伤减小注入损伤减小注入损伤有助于减轻注入沟道效应有助于减轻注入沟道效应有助于减轻注入沟道效应有助于减轻注入沟道效应 n n3.3.第一次光刻第一次光刻第一次光刻第一次光刻：光刻：光刻：光刻：光刻NN阱注入区，不去胶，光刻阱注入区，不去胶，光刻阱注入区，不去胶，光刻阱注入区，不去胶，光刻胶阻挡注入。胶阻挡注入。胶阻挡注入。胶阻挡注入。n n4.N4.N阱磷注入阱磷注入阱磷注入阱磷注入（连续三次）：（连续三次）：（连续三次）
36、：（连续三次）：倒掺杂注入以减倒掺杂注入以减倒掺杂注入以减倒掺杂注入以减小小小小CMOSCMOS器件的闭锁效应，能量高器件的闭锁效应，能量高器件的闭锁效应，能量高器件的闭锁效应，能量高200KEV200KEV、结深、结深、结深、结深1.0m1.0m左右左右左右左右中等能量注入以保证源漏穿通电压中等能量注入以保证源漏穿通电压中等能量注入以保证源漏穿通电压中等能量注入以保证源漏穿通电压小剂量注入以调整阈值电压。小剂量注入以调整阈值电压。小剂量注入以调整阈值电压。小剂量注入以调整阈值电压。n n5.5.退火退火退火退火 ：作用：作用：作用：作用杂质再分布杂质再分布杂质再分布杂质再分布修复注入损伤修复
37、注入损伤修复注入损伤修复注入损伤注注注注入杂质电激活入杂质电激活入杂质电激活入杂质电激活n nP P阱的形成步骤阱的形成步骤阱的形成步骤阱的形成步骤n n1.1.第二次光刻第二次光刻第二次光刻第二次光刻（用（用（用（用NN阱的反版）：光刻阱的反版）：光刻阱的反版）：光刻阱的反版）：光刻P P阱注入区阱注入区阱注入区阱注入区n n2.P2.P阱硼注入阱硼注入阱硼注入阱硼注入（连续三次）（连续三次）（连续三次）（连续三次）：同：同：同：同NN阱磷注入阱磷注入阱磷注入阱磷注入n n3.3.退火退火退火退火：作用同作用同作用同作用同“NN阱的形成阱的形成阱的形成阱的形成”n n倒掺杂阱技术：倒掺杂阱技
38、术：倒掺杂阱技术：倒掺杂阱技术：n n连续三次离子注入连续三次离子注入连续三次离子注入连续三次离子注入n n第一次高能量（第一次高能量（第一次高能量（第一次高能量（200KEV200KEV）、深结（）、深结（）、深结（）、深结（1.0m1.0m）倒掺杂注入，以减小倒掺杂注入，以减小倒掺杂注入，以减小倒掺杂注入，以减小CMOSCMOS器件的闭锁效应器件的闭锁效应器件的闭锁效应器件的闭锁效应n n第二次中能量注入，以保证源漏穿通电压第二次中能量注入，以保证源漏穿通电压第二次中能量注入，以保证源漏穿通电压第二次中能量注入，以保证源漏穿通电压n n第三次小剂量注入，以调整阈值电压第三次小剂量注入，以调
39、整阈值电压第三次小剂量注入，以调整阈值电压第三次小剂量注入，以调整阈值电压阱的作用：阱的作用：阱的作用：阱的作用：PMOSPMOS与与与与NMOSNMOS之间的电气隔离之间的电气隔离之间的电气隔离之间的电气隔离 减小寄生的闭锁效应减小寄生的闭锁效应减小寄生的闭锁效应减小寄生的闭锁效应 CMOS器件截面图器件截面图寄生寄生BJT等效电路图等效电路图2.浅槽隔离工艺浅槽隔离工艺n n浅槽隔离浅槽隔离浅槽隔离浅槽隔离STISTI（S Shallow hallow T Trench rench I Isolationsolation）：）：）：）：浅槽隔离是在衬底上通过刻蚀槽、氧化物填充及氧浅槽隔离是
40、在衬底上通过刻蚀槽、氧化物填充及氧浅槽隔离是在衬底上通过刻蚀槽、氧化物填充及氧浅槽隔离是在衬底上通过刻蚀槽、氧化物填充及氧化物平坦化等步骤，制作晶体管有源区之间的隔离化物平坦化等步骤，制作晶体管有源区之间的隔离化物平坦化等步骤，制作晶体管有源区之间的隔离化物平坦化等步骤，制作晶体管有源区之间的隔离区的一种工艺。它取代了区的一种工艺。它取代了区的一种工艺。它取代了区的一种工艺。它取代了LOCOSLOCOS隔离工艺。隔离工艺。隔离工艺。隔离工艺。2.浅槽隔离工艺浅槽隔离工艺n nSTISTI隔离的优点隔离的优点隔离的优点隔离的优点：提高电路的集成度提高电路的集成度提高电路的集成度提高电路的集成度
41、改善电路的抗闩锁性能改善电路的抗闩锁性能改善电路的抗闩锁性能改善电路的抗闩锁性能n nLOCOSLOCOS隔离的缺点隔离的缺点隔离的缺点隔离的缺点：鸟嘴浪费有源区面积影响集成度鸟嘴浪费有源区面积影响集成度鸟嘴浪费有源区面积影响集成度鸟嘴浪费有源区面积影响集成度 横向尺寸不能精确控制横向尺寸不能精确控制横向尺寸不能精确控制横向尺寸不能精确控制 2.浅槽隔离工艺浅槽隔离工艺n nSTISTI槽刻蚀步骤槽刻蚀步骤槽刻蚀步骤槽刻蚀步骤n n1.1.薄氧生长薄氧生长薄氧生长薄氧生长：厚度：厚度：厚度：厚度150 150 作用：在去掉上面氮化硅时作用：在去掉上面氮化硅时作用：在去掉上面氮化硅时作用：在去掉
42、上面氮化硅时保护有源区以防被腐蚀。保护有源区以防被腐蚀。保护有源区以防被腐蚀。保护有源区以防被腐蚀。n n2.2.氮化硅沉积氮化硅沉积氮化硅沉积氮化硅沉积：LPCVDLPCVD沉积，作用：做沉积，作用：做沉积，作用：做沉积，作用：做CMPCMP的阻的阻的阻的阻挡层，保护有源区免受挡层，保护有源区免受挡层，保护有源区免受挡层，保护有源区免受CMPCMP的过度抛光的过度抛光的过度抛光的过度抛光n n3.3.第三次光刻第三次光刻第三次光刻第三次光刻：光刻浅槽隔离区：光刻浅槽隔离区：光刻浅槽隔离区：光刻浅槽隔离区n n4.STI4.STI槽刻蚀槽刻蚀槽刻蚀槽刻蚀：RIERIE刻蚀，槽深刻蚀，槽深刻蚀，
43、槽深刻蚀，槽深1.0m1.0m左右左右左右左右n nSTISTI氧化物填充步骤氧化物填充步骤氧化物填充步骤氧化物填充步骤n n1.1.沟槽衬垫氧化硅生长沟槽衬垫氧化硅生长沟槽衬垫氧化硅生长沟槽衬垫氧化硅生长：厚度：厚度：厚度：厚度150 150 作用：改善硅作用：改善硅作用：改善硅作用：改善硅与沟槽填充氧化物之间的界面特性。与沟槽填充氧化物之间的界面特性。与沟槽填充氧化物之间的界面特性。与沟槽填充氧化物之间的界面特性。n n2.2.沟槽沟槽沟槽沟槽CVDCVD氧化物填充氧化物填充氧化物填充氧化物填充：LPCVDLPCVD方法方法方法方法n nSTISTI氧化层抛光氮化物去除步骤氧化层抛光氮化物
44、去除步骤氧化层抛光氮化物去除步骤氧化层抛光氮化物去除步骤n n1.1.沟槽氧化物抛光沟槽氧化物抛光沟槽氧化物抛光沟槽氧化物抛光CMPCMPn n2.2.氮化硅去除氮化硅去除氮化硅去除氮化硅去除：热磷酸煮：热磷酸煮：热磷酸煮：热磷酸煮3.多晶硅栅结构工艺多晶硅栅结构工艺n n关键工艺！关键工艺！关键工艺！关键工艺！它包括最薄、质量最好的栅氧化层的热它包括最薄、质量最好的栅氧化层的热它包括最薄、质量最好的栅氧化层的热它包括最薄、质量最好的栅氧化层的热生长生长生长生长多晶硅栅的线宽是整个芯片上的特征尺寸多晶硅栅的线宽是整个芯片上的特征尺寸多晶硅栅的线宽是整个芯片上的特征尺寸多晶硅栅的线宽是整个芯片上
45、的特征尺寸n n1.1.栅氧化栅氧化栅氧化栅氧化：厚度：厚度：厚度：厚度20205050 ，形成，形成，形成，形成MOSMOS管的栅电介质管的栅电介质管的栅电介质管的栅电介质n n2.2.多晶硅沉积多晶硅沉积多晶硅沉积多晶硅沉积：LPCVDLPCVD法，厚度法，厚度法，厚度法，厚度50005000 n n多晶硅掺杂：形成导电的栅电极多晶硅掺杂：形成导电的栅电极多晶硅掺杂：形成导电的栅电极多晶硅掺杂：形成导电的栅电极n n3.3.第四次光刻第四次光刻第四次光刻第四次光刻：光刻多晶硅栅，：光刻多晶硅栅，：光刻多晶硅栅，：光刻多晶硅栅，DUVDUV深紫外步进深紫外步进深紫外步进深紫外步进式光刻机曝光
46、，多晶硅上涂抗反射层（式光刻机曝光，多晶硅上涂抗反射层（式光刻机曝光，多晶硅上涂抗反射层（式光刻机曝光，多晶硅上涂抗反射层（ARCARC），），），），随后进行特征尺寸、套刻精度、缺陷等质量检查。随后进行特征尺寸、套刻精度、缺陷等质量检查。随后进行特征尺寸、套刻精度、缺陷等质量检查。随后进行特征尺寸、套刻精度、缺陷等质量检查。n n4.4.多晶硅栅刻蚀多晶硅栅刻蚀多晶硅栅刻蚀多晶硅栅刻蚀：用最好的：用最好的：用最好的：用最好的RIERIE刻蚀机，保证垂刻蚀机，保证垂刻蚀机，保证垂刻蚀机，保证垂直的侧壁直的侧壁直的侧壁直的侧壁 4.轻掺杂漏（轻掺杂漏（LDD）工艺）工艺n n轻掺杂漏（轻掺杂漏（
47、轻掺杂漏（轻掺杂漏（LDDLDD）（LDD LDD，L Lightly ightly DDoped oped DDrainrain）n nLDDLDD工艺目的工艺目的工艺目的工艺目的：减小源漏间的穿通和沟道漏电，提高源漏工作电压减小源漏间的穿通和沟道漏电，提高源漏工作电压减小源漏间的穿通和沟道漏电，提高源漏工作电压减小源漏间的穿通和沟道漏电，提高源漏工作电压 4.轻掺杂漏（轻掺杂漏（LDD）工艺）工艺n nNN轻掺杂漏注入步骤轻掺杂漏注入步骤轻掺杂漏注入步骤轻掺杂漏注入步骤n n1.1.第五次光刻第五次光刻第五次光刻第五次光刻：光刻：光刻：光刻：光刻NNLDDLDD注入区，不去胶。注入区，不去
48、胶。注入区，不去胶。注入区，不去胶。n n2.N2.NLDDLDD注入注入注入注入：低能量注入：低能量注入：低能量注入：低能量注入AsAs，其作用，其作用，其作用，其作用分子量分子量分子量分子量大，有利于表面非晶化大，有利于表面非晶化大，有利于表面非晶化大，有利于表面非晶化慢扩散杂质在后续的热处慢扩散杂质在后续的热处慢扩散杂质在后续的热处慢扩散杂质在后续的热处理中，有利于维持浅结理中，有利于维持浅结理中，有利于维持浅结理中，有利于维持浅结n nP P轻掺杂漏注入步骤轻掺杂漏注入步骤轻掺杂漏注入步骤轻掺杂漏注入步骤n n1.1.第六次光刻第六次光刻第六次光刻第六次光刻：光刻：光刻：光刻：光刻P
49、PLDDLDD注入区，不去胶注入区，不去胶注入区，不去胶注入区，不去胶n n2.P2.PLDDLDD注入注入注入注入：低能量注入：低能量注入：低能量注入：低能量注入BFBF2 2，其作用其作用其作用其作用比硼比硼比硼比硼的分子量大，有利于表面非晶化的分子量大，有利于表面非晶化的分子量大，有利于表面非晶化的分子量大，有利于表面非晶化比硼的扩散系比硼的扩散系比硼的扩散系比硼的扩散系数低，在后续的热处理中，有利于维持浅结数低，在后续的热处理中，有利于维持浅结数低，在后续的热处理中，有利于维持浅结数低，在后续的热处理中，有利于维持浅结 5.侧墙形成工艺侧墙形成工艺n n侧墙形成工艺目的：侧墙形成工艺目
50、的：侧墙形成工艺目的：侧墙形成工艺目的：侧墙用来环绕多晶硅栅侧壁阻侧墙用来环绕多晶硅栅侧壁阻侧墙用来环绕多晶硅栅侧壁阻侧墙用来环绕多晶硅栅侧壁阻挡大剂量的挡大剂量的挡大剂量的挡大剂量的S/DS/D注入以免其接近沟道导致源漏穿通。注入以免其接近沟道导致源漏穿通。注入以免其接近沟道导致源漏穿通。注入以免其接近沟道导致源漏穿通。n n1.1.沉积二氧化硅沉积二氧化硅沉积二氧化硅沉积二氧化硅：LPCVDLPCVD法，厚度法，厚度法，厚度法，厚度10001000 n n2.2.二氧化硅反刻二氧化硅反刻二氧化硅反刻二氧化硅反刻 6.源源/漏（漏（S/D）注入工艺）注入工艺n nNN源漏注入步骤源漏注入步骤