微電子學(xué)概論ch4集成電路制造工藝CMOS工藝

上一次課的主要內(nèi)容從原始硅片到封裝測(cè)試前的關(guān)鍵工藝圖形轉(zhuǎn)換：將設(shè)計(jì)在掩膜版(類(lèi)似于照相底片)上的圖形轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體單晶片上。工藝：光刻、刻蝕摻雜：根據(jù)設(shè)計(jì)的需要，將各種雜質(zhì)摻雜在需要的位置上，形成晶體管、接觸等工藝：擴(kuò)散，離子注入，退火薄膜制備：制作各種材料的薄膜工藝：氧化，化學(xué)氣相淀積，物理氣相淀積工藝集成

工藝集成：組合工藝，制備不同類(lèi)型的集成電路CMOS反相器雙極工藝雙極集成電路CMOS工藝CMOS集成電路柵電極：重?fù)诫s的多晶硅P

N+

N+AlAl多晶硅氧化層金屬N襯底P阱AlN+N+P+P+源源漏漏P+體N襯底P阱AlN+N+P+P+源源漏漏P+體N型(100)襯底的原始硅片P阱(well)N襯底P阱CMOS集成電路工藝流程制備阱的原因：需要在同一襯底上制備p和n兩種類(lèi)型MOSFETN襯底P形成P阱初始氧化：生成二氧化硅薄氧化層(氧化層作用)淀積氮化硅層：離子注入時(shí)的掩蔽層光刻，定義出P阱位置反應(yīng)離子刻蝕氮化硅層P阱離子注入:帶氧化層注入硼注入N襯底P阱N襯底P阱推阱退火驅(qū)入：使阱的深度達(dá)到所需要求（激活）有一定氧化去掉氮化硅、氧化層N型(100)襯底的原始硅片P阱(well)隔離

隔離工藝

MOS晶體管結(jié)構(gòu):自隔離性相鄰MOS管之間區(qū)域（氧化層）上有導(dǎo)線(xiàn)經(jīng)過(guò)時(shí)，寄生MOS管可能開(kāi)啟，相鄰晶體管之間的隔離被破壞器件間的泄漏電流，相互干擾甚至導(dǎo)致邏輯狀態(tài)改變隔離不完全MOS集成電路隔離：如何防止寄生晶體管開(kāi)啟增大場(chǎng)氧化層厚度提高場(chǎng)氧下面硅層的表面摻雜濃度，提高閥值N襯底P阱硼注入生長(zhǎng)一層薄氧化層淀積一層氮化硅光刻場(chǎng)區(qū)，有源區(qū)被光刻膠保護(hù)反應(yīng)離子刻蝕氮化硅場(chǎng)區(qū)離子注入：同時(shí)也形成溝道阻擋層熱生長(zhǎng)厚的場(chǎng)氧化層（激活，半槽氧化隔離）去掉氮化硅層LOCOS隔離(localoxidation)場(chǎng)氧光刻掩膜版N襯底P阱N襯底P阱LOCOS隔離鳥(niǎo)嘴現(xiàn)象：費(fèi)面積，存在窄溝效應(yīng)NMOS、PMOS結(jié)構(gòu)NMOS結(jié)構(gòu)PMOS結(jié)構(gòu)N型(100)襯底的原始硅片P阱(well)隔離閾值調(diào)整注入閾值調(diào)整注入可以不用掩膜版可以用掩膜版N襯底P阱閾值調(diào)整注入磷閾值調(diào)整注入可以不用掩膜版直接注入磷，調(diào)整PMOS管的閾值電壓

NMOS管有一定雜質(zhì)補(bǔ)償，與阱注入共同考慮，調(diào)整閾值電壓N襯底P阱閾值調(diào)整注入磷

閾值調(diào)整注入：可以用掩膜版

PMOS閾值調(diào)整版光刻 注入磷

NMOS閾值調(diào)整版光刻 注入硼 去膠硼N襯底P阱磷PMOS閥值調(diào)整掩膜版淀積氮化硅層利用掩膜版，光刻離子注入?yún)^(qū)磷離子注入，調(diào)節(jié)閥值去掉氮化硅層N襯底P阱硼NMOS閥值調(diào)整掩膜版淀積氮化硅層利用掩膜版，光刻離子注入?yún)^(qū)硼離子注入，調(diào)節(jié)閥值去掉氮化硅層N襯底P阱AlN+N+P+P+源源漏漏P+體閾值調(diào)整注入柵氧化層和多晶硅柵N襯底P阱磷形成柵氧化層和多晶硅柵去除氧化層生長(zhǎng)柵氧化層，同時(shí)熱激活閾值注入淀積多晶硅，注入磷形成摻雜多晶硅？刻蝕多晶硅柵（反應(yīng)離子刻蝕）形成重?fù)诫s，且為N型，電子導(dǎo)電>空穴導(dǎo)電N襯底P阱閾值調(diào)整注入柵氧化層和多晶硅柵NMOS管源漏注入PMOS管源漏注入N襯底P阱PR磷形成NMOS管的源漏區(qū)在光刻膠上刻蝕出NMOS管源漏區(qū)摻雜的窗口，利用光刻膠保護(hù)PMOS管區(qū)域自對(duì)準(zhǔn)離子注入磷或砷（需先形成多晶硅柵），形成N管源漏區(qū)去掉光刻膠（Photoresist）N襯底P阱PR磷N襯底P阱形成PMOS管的源漏區(qū)在光刻膠上刻蝕出PMOS管源漏區(qū)摻雜的窗口，利用光刻膠保護(hù)NMOS管區(qū)域自對(duì)準(zhǔn)離子注入硼，形成P管源漏區(qū)、P阱引出去掉光刻膠（Photoresist）硼P+P+P+N襯底P阱硼N襯底P阱P+P+P+N+N+N襯底P阱P+P+P+N+N+形成自對(duì)準(zhǔn)多晶硅/硅化物（salicide）：降低寄生電阻低溫淀積氧化層反應(yīng)離子刻蝕氧化層，形成側(cè)壁氧化層淀積難熔金屬Ti或Co等低溫退火，形成難溶金屬硅化物TiSi2或CoSi去掉氧化層上的沒(méi)有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的Ti或Co高溫退火，形成低阻穩(wěn)定的TiSi2或CoSi2N襯底P阱P+P+P+N+N+形成自對(duì)準(zhǔn)多晶硅/硅化物（salicide）：降低寄生電阻低溫淀積氧化層反應(yīng)離子刻蝕氧化層，形成側(cè)壁氧化層淀積難熔金屬Ti或Co等低溫退火，形成難溶金屬硅化物TiSi2或CoSi去掉氧化層上的沒(méi)有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的Ti或Co高溫退火，形成低阻穩(wěn)定的TiSi2或CoSi2NMOS結(jié)構(gòu)PMOS結(jié)構(gòu)N型(100)襯底的原始硅片P阱(well)隔離閾值調(diào)整注入柵氧化層和多晶硅柵NMOS管源漏注入PMOS管源漏注入連線(xiàn)P

N+

N+AlAl

連線(xiàn)接觸孔金屬連線(xiàn)N襯底P阱P+P+P+N+N+形成接觸孔（為了實(shí)現(xiàn)層間互連）淀積氧化層（層間絕緣）退火和致密反應(yīng)離子刻蝕氧化層，形成接觸孔N襯底P阱P+P+P+N+N+N襯底P阱P+P+P+N+N+金屬連線(xiàn)形成接觸孔后，淀積金屬鎢(W)，形成鎢塞淀積金屬層，形成第一層金屬，如Al-Si、Al-Si-Cu等光刻金屬版，定義出連線(xiàn)圖形刻蝕金屬連線(xiàn)層，形成互連圖形形成穿通接觸孔化學(xué)氣相淀積磷硅玻璃通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光進(jìn)行平坦化光刻穿通接觸孔版反應(yīng)離子刻蝕磷硅玻璃，形成穿通接觸孔形成第二層金屬淀積金屬層，如Al-Si、Al-Si-Cu合金等光刻第二層金屬版，定義出連線(xiàn)圖形反應(yīng)離子刻蝕，形成第二層金屬互連圖形NMOS結(jié)構(gòu)PMOS結(jié)構(gòu)N型(100)襯底的原始硅片P阱(well)隔離連線(xiàn)鈍化