1、 集成電路制造工藝集成電路制造工藝CMOSCMOS集成電路制造工藝集成電路制造工藝 上一次課的主要內容上一次課的主要內容v從原始硅片到封裝測試前的關鍵工藝從原始硅片到封裝測試前的關鍵工藝v圖形轉換：將設計在掩膜版圖形轉換：將設計在掩膜版( (類似于照相類似于照相底片底片) )上的圖形轉移到半導體單晶片上。上的圖形轉移到半導體單晶片上。v 工藝：光刻、刻蝕工藝：光刻、刻蝕v摻雜：根據設計的需要，將各種雜質摻雜摻雜：根據設計的需要，將各種雜質摻雜在需要的位置上，形成晶體管、接觸等在需要的位置上，形成晶體管、接觸等v 工藝：擴散，離子注入工藝：擴散，離子注入 ，退火，退火v薄膜制備：制作各種材料的薄

2、膜薄膜制備：制作各種材料的薄膜v 工藝：氧化，化學氣相淀積，物理工藝：氧化，化學氣相淀積，物理氣相淀積氣相淀積 工藝集成工藝集成v 工藝集成：組合工藝，制備不同類型的集成電路CMOS反相器反相器雙極工藝雙極工藝 雙極集成電路雙極集成電路CMOSCMOS工藝工藝 CMOSCMOS集成電路集成電路 柵電極：柵電極：重摻雜的多晶硅重摻雜的多晶硅 P N+ N+AlAl 多晶硅多晶硅氧化層氧化層金屬金屬N 襯底襯底P 阱阱AlN+N+P+P+源源源源漏漏漏漏P+體體 N 襯底襯底P 阱阱AlN+N+P+P+源源源源漏漏漏漏P+體體 N型型(100)襯底的原始硅片襯底的原始硅片P阱阱(well)N襯底襯

3、底P P阱阱CMOSCMOS集成電路工藝流程集成電路工藝流程制備阱的原因：需要在同一襯底上制備制備阱的原因：需要在同一襯底上制備p p和和n n兩種類型兩種類型MOSFETMOSFET N襯底襯底Pv形成形成P阱阱v初始氧化：生成二氧化硅薄氧化層初始氧化：生成二氧化硅薄氧化層(氧化層作用氧化層作用)v淀積氮化硅層：離子注入時的掩蔽層淀積氮化硅層：離子注入時的掩蔽層v光刻，定義出光刻，定義出P阱位置阱位置v反應離子刻蝕氮化硅層反應離子刻蝕氮化硅層vP阱離子注入阱離子注入: 帶氧化層注入帶氧化層注入硼注入硼注入 N襯底襯底P阱阱 N襯底襯底P阱阱v推阱推阱v退火驅入：使阱的深度達到所需要求激活）退

4、火驅入：使阱的深度達到所需要求激活）v有一定氧化有一定氧化v去掉氮化硅、氧化層去掉氮化硅、氧化層 N型型(100)襯底的原始硅片襯底的原始硅片P阱阱(well)隔離隔離 v 隔離工藝隔離工藝v MOS晶體管結構晶體管結構: 自隔離性自隔離性v相鄰相鄰MOS管之間區域氧化層上有導線經過時，管之間區域氧化層上有導線經過時，寄生寄生MOS管可能開啟，相鄰晶體管之間的隔離被管可能開啟，相鄰晶體管之間的隔離被破壞破壞器件間的泄漏電流，相互干擾器件間的泄漏電流，相互干擾甚至導致邏輯狀態改變甚至導致邏輯狀態改變隔離不完全隔離不完全 vMOS集成電路隔離：如何防止寄生晶體管開啟集成電路隔離：如何防止寄生晶體管

5、開啟v增大場氧化層厚度增大場氧化層厚度v提高場氧下面硅層的表面摻雜濃度，提高閥值提高場氧下面硅層的表面摻雜濃度，提高閥值 N襯底襯底P阱阱硼注入硼注入生長一層薄氧化層生長一層薄氧化層淀積一層氮化硅淀積一層氮化硅光刻場區，有源區被光刻膠保護光刻場區，有源區被光刻膠保護反應離子刻蝕氮化硅反應離子刻蝕氮化硅場區離子注入：同時也形成溝道阻擋層場區離子注入：同時也形成溝道阻擋層熱生長厚的場氧化層激活，半槽氧化隔離）熱生長厚的場氧化層激活，半槽氧化隔離）去掉氮化硅層去掉氮化硅層LOCOS隔離隔離(local oxidation) 場氧光刻掩膜版N襯底襯底P阱阱 N襯底襯底P阱阱 v LOCOS隔離鳥嘴現象

6、：費面積，存在窄溝效應鳥嘴現象：費面積，存在窄溝效應 v NMOS NMOS、PMOSPMOS結構結構NMOS結構結構PMOS結構結構N型型(100)襯底的原始硅片襯底的原始硅片P阱阱(well)隔離隔離 閾值調整注入閾值調整注入v閾值調整注入閾值調整注入v可以不用掩膜版可以不用掩膜版v可以用掩膜版可以用掩膜版 N襯底襯底P阱阱閾值調整注入閾值調整注入磷磷v閾值調整注入閾值調整注入v可以不用掩膜版可以不用掩膜版v直接注入磷，調整直接注入磷，調整PMOS管的閾值電壓管的閾值電壓v NMOS管有一定雜質補償，與阱注入共同考慮，管有一定雜質補償，與阱注入共同考慮，調整閾值電壓調整閾值電壓 N襯底襯底

7、P阱阱閾值調整注入閾值調整注入磷磷 閾值調整注入：可以用掩膜版閾值調整注入：可以用掩膜版 PMOS閾值調整版光刻閾值調整版光刻注入磷注入磷NMOS閾值調整版光刻閾值調整版光刻注入硼注入硼 去膠去膠硼硼 N襯底襯底P阱阱磷磷PMOS閥值調整掩膜版淀積氮化硅層淀積氮化硅層利用掩膜版，光刻利用掩膜版，光刻離子注入區離子注入區磷離子注入，調節閥值磷離子注入，調節閥值去掉氮化硅層去掉氮化硅層 N襯底襯底P阱阱硼硼NMOS閥值調整掩膜版淀積氮化硅層淀積氮化硅層利用掩膜版，光刻利用掩膜版，光刻離子注入區離子注入區硼離子注入，調節閥值硼離子注入，調節閥值去掉氮化硅層去掉氮化硅層 N 襯底襯底P 阱阱AlN+N

8、+P+P+源源源源漏漏漏漏P+體體閾值調整注入閾值調整注入柵氧化層和多晶硅柵柵氧化層和多晶硅柵 N襯底襯底P阱阱磷磷v形成柵氧化層和多晶硅柵形成柵氧化層和多晶硅柵v 去除氧化層去除氧化層v 生長柵氧化層，同時熱激活閾值注入生長柵氧化層，同時熱激活閾值注入v 淀積多晶硅，注入磷形成摻雜多晶硅？淀積多晶硅，注入磷形成摻雜多晶硅？v刻蝕多晶硅柵反應離子刻蝕）刻蝕多晶硅柵反應離子刻蝕）形成重摻雜，且為形成重摻雜，且為N N型，電子導電型，電子導電 空穴導電空穴導電 N襯底襯底P阱阱 閾值調整注入閾值調整注入柵氧化層和多晶硅柵柵氧化層和多晶硅柵NMOS管源漏注入管源漏注入PMOS管源漏注入管源漏注入 N

9、襯底襯底P阱阱PR磷磷v形成形成NMOS管的源漏區管的源漏區v在光刻膠上刻蝕出在光刻膠上刻蝕出NMOS管源漏區摻雜的窗口，管源漏區摻雜的窗口，利用光刻膠保護利用光刻膠保護PMOS管區域管區域v 自對準離子注入磷或砷需先形成多晶硅柵），自對準離子注入磷或砷需先形成多晶硅柵），形成形成N管源漏區管源漏區v去掉光刻膠去掉光刻膠Photoresist） N襯底襯底P阱阱PR磷磷 N襯底襯底P阱阱v形成形成PMOS管的源漏區管的源漏區v 在光刻膠上刻蝕出在光刻膠上刻蝕出PMOS管源漏區摻雜的窗口，管源漏區摻雜的窗口，利用光刻膠保護利用光刻膠保護NMOS管區域管區域v 自對準離子注入硼，形成自對準離子注入

10、硼，形成P管源漏區、管源漏區、P阱引出阱引出v去掉光刻膠去掉光刻膠Photoresist）硼硼P+P+P+ N襯底襯底P阱阱硼硼 N襯底襯底P阱阱P+P+P+N+N+ N襯底襯底P阱阱P+P+P+N+N+ N襯底襯底P阱阱P+P+P+N+N+ NMOS結構結構PMOS結構結構N型型(100)襯底的原始硅片襯底的原始硅片P阱阱(well)隔離隔離閾值調整注入閾值調整注入柵氧化層和多晶硅柵柵氧化層和多晶硅柵NMOS管源漏注入管源漏注入PMOS管源漏注入管源漏注入連線連線 P N+ N+AlAlv 連線v 接觸孔v 金屬連線 N襯底襯底P阱阱P+P+P+N+N+n形成接觸孔為了實現層間互連）形成接觸

11、孔為了實現層間互連）n 淀積氧化層層間絕緣）淀積氧化層層間絕緣）n退火和致密退火和致密n反應離子刻蝕氧化層，形成接觸孔反應離子刻蝕氧化層，形成接觸孔 N襯底襯底P阱阱P+P+P+N+N+ N襯底襯底P阱阱P+P+P+N+N+n 金屬連線金屬連線n 形成接觸孔后，淀積金屬鎢形成接觸孔后，淀積金屬鎢(W)，形成鎢塞，形成鎢塞n 淀積金屬層，形成第一層金屬，如淀積金屬層，形成第一層金屬，如Al-Si、Al-Si-Cu等等n 光刻金屬版，定義出連線圖形光刻金屬版，定義出連線圖形n 刻蝕金屬連線層，形成互連圖形刻蝕金屬連線層，形成互連圖形 v形成穿通接觸孔形成穿通接觸孔v化學氣相淀積磷硅玻璃化學氣相淀積磷硅玻璃v通過化學機械拋光進行平坦化通過化學機械拋光進行平坦化v光刻穿通接觸孔版光刻穿通接觸孔版v反應離子刻蝕磷硅玻璃，形成穿通接觸孔反應離子刻蝕磷硅玻璃，形成穿通接觸孔v形成第二層金屬形成第二層金屬v淀積金屬層，如淀積金屬層，如Al-SiAl-Si、Al-Si-CuAl-Si-Cu合金等合金等v光刻第二層金屬版，定義出連線圖形光刻第二層金屬版，定義出連線圖形v反應離子刻蝕，形成第二層金屬互連圖形反應離子刻蝕，形成第二層金屬互連圖形 NMOS結構結構PMOS結構結構N型型(100)襯底的原始硅片襯底的原始硅片P阱阱(wel