CMOS制造工藝流程介紹

1、研究生課程報(bào)告題目CMOS造工藝流程介紹學(xué)生姓名魯力指導(dǎo)教師學(xué)院物理與電子學(xué)院專(zhuān)業(yè)班級(jí)電子1602班研究生院制2017年4月CMOS 制造工藝流程介紹CMOS 的制作過(guò)程需要經(jīng)過(guò)一系列復(fù)雜的化學(xué)和物理操作過(guò)程最后形成具 有特定功能的集成電路。 而做為一名集成電路專(zhuān)業(yè)的學(xué)生， 如果對(duì)于半導(dǎo)體制造 技術(shù)中具有代表性的 CMOS 制造工藝流程有個(gè)簡(jiǎn)單的了解，那么對(duì)將來(lái)進(jìn)入集 成電路行業(yè)是有很大幫助的。同時(shí)我也認(rèn)為只有了解了 CMOS 的工藝才會(huì)在硬 件電路設(shè)計(jì)中考慮到設(shè)計(jì)對(duì)實(shí)際制造的影響。通過(guò)查找相關(guān)資料，我發(fā)現(xiàn) CMOS 制造工藝流程非常復(fù)雜，經(jīng)過(guò)前面學(xué)者 的簡(jiǎn)化主要由 14 個(gè)步驟組成，如下所示

2、：(1) 雙阱工藝注入在硅片上生成 N 阱和 P 阱。(2) 淺槽隔離工藝隔離硅有源區(qū)。(3) 多晶硅柵結(jié)構(gòu)工藝得到柵結(jié)構(gòu)。(4) 輕摻雜(LDD)漏注入工藝形成源漏區(qū)的淺注入。( 5 )側(cè)墻的形成保護(hù)溝道。(6) 源漏(S/D)注入工藝形成的結(jié)深大于LDD的注入深度。(7) 接觸 (孔)形成工藝在所有硅的有源區(qū)形成金屬接觸。( 8)局部互連 (LI) 工藝。( 9)通孔 1 和鎢塞 1 的形成(10) 金屬1(M1)互連的形成。(11) 通孔 2和鎢塞 2的形成。(12) 金屬2(M2)互連的形成。( 13)制作金屬 3 直到制作壓點(diǎn)及合金。 (14)工藝是參數(shù)測(cè)試，驗(yàn)證硅片上每一個(gè)管芯的可

3、靠性。由于這個(gè) CMOS 制造工藝的流程太復(fù)雜，我主要對(duì)其中的部分重要工藝做一些 介紹。1 、雙阱注入工藝我們都知道n阱工藝是指在N阱CMOS工藝采用輕摻雜P型硅晶圓片作為 襯底，在襯底上做出N阱，用于制作PMOS晶體管，而在P型硅襯底上制作NMOS 晶體管；而p阱工藝是指在p阱CMOS工藝采用N型單晶硅作為襯底，在襯底 上做出 p 阱，用于制作 nMOS 晶體管，而在 n 型硅襯底上制作 pMOS 晶體管。 如果要雙阱注入在硅片上生成 N阱和P阱。那么只能N阱工藝和P阱工藝結(jié)合 在雙阱e(cuò)mos工藝采用p型硅晶圓片作為襯底，在襯底上做出 N阱，用于制作 PMOS晶體管，在襯底上做出p阱，用于制

4、作nMOS晶體管。2、淺槽隔離硅有源區(qū)淺槽隔離（Shallow Trench Isolation）簡(jiǎn)稱(chēng)STI，此技術(shù)用來(lái)制作主動(dòng)區(qū)域之 間的絕緣結(jié)構(gòu)已逐漸被普遍采用。 STI 結(jié)構(gòu)的形成通常是先在半導(dǎo)體基底上沉積 一層氮化硅層， 然后圖案化此氮化硅層形成硬掩膜。 接著蝕刻基底， 在相鄰的元 件之間形成陡峭的溝渠。最后，在溝渠中填入氧化物形成元件隔離結(jié)構(gòu)。雖然 STI 工藝比 LOCOS 工藝擁有較佳的隔離特性，然而由于等離子體破壞，可產(chǎn)生 大量的蝕刻缺陷，且具有尖銳角落的陡峭溝渠也會(huì)導(dǎo)致角落寄生漏電流 （Corner Parasitic leakage）因而降低STI的隔離特性。3、多晶硅柵結(jié)

5、構(gòu)工藝晶體管中的柵結(jié)構(gòu)的制作是流程當(dāng)中最關(guān)鍵的一步， 其原因主要是： 柵氧化 層是工藝中最薄的薄膜； 多晶硅柵是工藝中物理尺寸最小的結(jié)構(gòu)， 通常是整個(gè)硅 片上最關(guān)鍵的CD線寬。其主要步驟為：柵氧化層的生長(zhǎng)；多晶硅淀積； 第四層掩膜（多晶硅柵）；多晶硅柵刻蝕等。經(jīng)常用到的方法是在低壓化學(xué)氣相 淀積設(shè)備中，使硅烷分解，讓多晶硅淀積在硅片表面，其厚度約為5 000 A。多晶硅可以提供較低的工作函數(shù) （較低的開(kāi)啟電壓 ）和可靠的多晶硅氧化膜。在多晶 硅與光刻膠之間通常有一層抗反射涂層（ARC），其目的是減少不希望的反射。4、輕摻雜（LDD）漏注入工藝形成源漏區(qū)的淺注入 每個(gè)晶體管都要經(jīng)過(guò)兩次注入， 首

6、先是稱(chēng)為輕摻雜漏注入的淺注入， 隨后是中等或高劑量的源/漏（S/D）注入。輕摻雜漏注入使用砷和 BF2這些較大質(zhì)量的摻 雜材料和表面非晶態(tài)的結(jié)合有助于維持淺結(jié)， 淺結(jié)有助于減少源漏間的溝道漏電 流效應(yīng)。n輕摻雜漏注入的步驟是：第五層掩膜（nLDD注入）；n LDD注 入（低能量，淺結(jié)），P一輕摻雜漏注人的步驟是：第六層掩膜（pLDD注入）； pLDD 注入（低能量，淺結(jié) ）。5、側(cè)墻的形成側(cè)墻用來(lái)環(huán)繞多晶硅柵，以防止更大劑量的源漏（S/D）注入過(guò)于接近溝道可 能引起的源漏穿通。主要步驟是：淀積二氧化硅；二氧化硅反刻。首先，在 整個(gè)硅片表面淀積一層二氧化硅，隨后利用干法刻蝕工藝反刻掉這層二氧化硅

7、， 但并不是所有的二氧化硅都除去了，多晶硅柵的側(cè)墻。6、源漏 （S/D） 注入工藝 為了完成倒摻雜技術(shù)，用中等劑量的摻雜稍微超過(guò) LDD 的結(jié)深，但是比最 初的雙阱摻雜的結(jié)深淺，上一步形成的側(cè)墻阻止了注入雜質(zhì)侵入狹窄的溝道。 n+S/D注入的主要步驟是：第七層掩膜（n+S/D注入）;n+S/D注入（中等能量）。 P+S/D注入的主要步驟是：第八層掩膜（P+S/D注入）;p+S/D注入（中等能量）。 在 n+S/D 注入和 P+S/D 注入后，硅片在快速退火裝置中退火。 快速退火裝置能夠 迅速達(dá)到1 000 C左右的高溫，并在設(shè)定溫度保持?jǐn)?shù)秒，這種狀態(tài)對(duì)于阻止結(jié)構(gòu) 的擴(kuò)展以及控制 S/D 區(qū)雜質(zhì)

8、的擴(kuò)散都非常重要。7、接觸 （孔）的形成 接觸形成工藝的目的是在所有硅的有源區(qū)形成金屬接觸， 這層金屬接觸可以 使硅和隨后淀積的導(dǎo)電材料更加緊密地結(jié)合起來(lái)。故鈦是做金屬接觸的理想材 料，也是可行的選擇。鈦的電阻很低，同時(shí)能夠與硅發(fā)生充分反應(yīng)，并且與二氧 化硅不發(fā)生反應(yīng)，當(dāng)溫度大于700E時(shí)，鈦和硅發(fā)生反應(yīng)生成鈦的硅化物（TiSi :）。 鈦和二氧化硅不發(fā)生反應(yīng)，因此這兩種物質(zhì)不會(huì)發(fā)生化學(xué)的鍵合或者物理的聚 集，因此鈦能輕易地從二氧化硅表面除去， 而不需要額外掩膜。 鈦的硅化物在所 有有源硅的表面保留下來(lái)。鈦金屬接觸的主要步驟是：鈦淀積；退火； 刻蝕鈦。工藝（8）-（13）主要是局部互聯(lián)、通孔和金屬互聯(lián)的形成，它們的工藝過(guò) 程部分相同， 鑒于篇幅的限制這些工藝過(guò)程的具體過(guò)程不再敘述。 最后一步工藝 是參數(shù)測(cè)試， 驗(yàn)證硅片上每一個(gè)管芯的可靠性。 硅片要進(jìn)行兩次測(cè)試以確定產(chǎn)品 的功能可靠性。 第一次測(cè)試在首層金屬刻蝕完成后進(jìn)行， 第二次測(cè)試是在完成芯 片制造的最后一步工藝進(jìn)行。 金屬刻蝕完成以后， 利用電學(xué)測(cè)試設(shè)備的微型探針 測(cè)