CMOS的制造(工藝)流程

。。--可編輯修改-CMOS反相器?制造工藝流程院系：交通科學與工程學院學號: 11131066姓名：姬勃2013年12月9日摘 要：雖然集成電路制造工藝在快速發(fā),但始終都是以幾種主要的制造工藝為基礎。文章介紹了CMOS反相器的主要工藝流程,并對集成電路的主要制造工藝作了簡要分析。關鍵詞：CMOS反相器、工作原理、工藝流程1.1CMOSCMOS反相器由一個P溝道增強型MOS管和一個N溝道增強型MOS管串聯(lián)組成。通常P溝道管作為負載管，N溝道管作為輸入管。這種配置可以大幅降低功耗，因為在兩種邏輯狀態(tài)中，兩個晶體管中的一個總是截止的。處理速率也能得到很好的提高，因為與NMOS型和PMOS型反相器相比，CMOS反相器的電阻相對較低1.1工作原理兩個MOS管的開啟電壓VGS(th)P<0，VGS(th)N>0，通常為了保證正常工作，要求VDD>|VGS(th)P|+VGS(th)N。若輸入vI為低電平(如0V)，則負載管導通，輸入管截止，輸出電壓接近VDD。若輸入vI為高電平(如VDD)，則輸入管導通，負載管截止，輸出電壓接近0V。綜上所述，當vI為低電平時vo為高電平；vI為高電平時vo為低電平，電路實現(xiàn)了非邏輯運算，是非門——反相器。CMOS?制造流程CMOS是集成電路?最基本單元，它?制作流程可分為前段和后段，前段流程主要完成元件?制作，包括組件隔離區(qū)?形成、阱?植入、柵極?制成、LDD?植入、源極和漏極?制成。后段流程主要完成元件之間?互連，包括第一層金屬?制成、第二層金屬?制成、保護層和焊墊?制成。以0.25微米制程為例，具體分為以下步驟。組件隔離區(qū)?形成法將在晶圓表面?塵粒，或雜質(zhì)去除，防止這些雜質(zhì)塵粒，對后續(xù)?制程造成影響，使得組件無法正常工作。表2.1是半導體制程中所用到?標準清洗步驟。驟步化學溶劑清洗溫123驟步化學溶劑清洗溫12345678HSO+HO2D.IWater4 2 2(4:1)度室溫NHOH+HO+HO42 2D.IWater29080-℃室溫HCL+HO+HO(1:1:2)229080-℃D.IWaterHF+HO(1:50)D.IWater2室溫有機污染物洗清洗清原生氧化層洗清前置氧化圖2.2前置氧化圖2.2為前置氧化示意圖。先長一層薄薄的二氧化硅，目的是為了降低后續(xù)制程中的應力，因為要在晶圓的表面形成一層厚的氮化硅，而氮化硅具有很強的應力，會影響晶圓表面的結構，因此在這一層氮化硅及硅晶圓之間，加入一層二氧化硅減緩氮化硅的應力，因為氮化硅具有拉力而二氧化硅具有張力，因此加入一層二氧化硅可以圖2.2前置氧化化硅。。圖2.3為沉積氮化硅示意圖。利用PECVD的技術沉積氮化硅，用來隔絕氧氣與硅的接觸，以定義出組件隔離的區(qū)域，使不被氮化硅所覆蓋的區(qū)域，被氧化而形成組件隔離區(qū)。離子布植--離子布植是將所需的注入元素(如砷)電離成正離子，并使其獲得所需的能量，以很快的速度射入硅芯片的技術。而這個固體材料主要是由原子核和電子組成的。圖2.3沉積氮化硅組件隔離區(qū)的光罩形成圖2.4用微影的技術，上光阻，將要氧化絕緣的區(qū)域的光阻去除，而定義出組件隔離區(qū)。圖圖2.4組件隔離區(qū)的光罩形成氮化硅的蝕刻圖2.5化硅利用活性離子蝕刻法去除。接著再將光阻去除。--可編輯修改-。。圖2.5氮化硅的蝕刻元件隔離區(qū)的氧化圖2.6術，在組件隔離區(qū)長成一層厚厚的二氧化硅，形成組件的隔離區(qū)。 注：氧化--二氧化硅制作方法有:1.熱氧化法；2.沉積法；3.陽極氧化法；4.氧離子注入氧化法。其中較常用的熱氧化法又可分為1.干氧化法；2.-可編輯修改-。。--可編輯修改-濕氧化法；3.純水氧化法；4.摻氯氧化法。而濕氧化法又有普通濕氧氧化法及氫氧合成濕氧化法。圖2.6元件隔離區(qū)的氧化去除氮化硅圖2.7技術將氮化硅去除。圖2.7 去除氮化硅阱的植入1.N型阱的形成圖2.8是N型阱的形成示意圖，將光阻涂在芯片上之后，利用微影技術，將所要形成的N型阱區(qū)域的圖形定義出來，即將所要定義的N型阱區(qū)域的光阻去除掉。利用離子布植的技術，將磷打入晶圓中，形成N型阱。。。圖2.8N型阱的形成2.P型阱的形成圖2.9是P型阱的形成示意圖，將光阻涂在芯片上之后，利用微影技術，PP阻去除掉。利用離子布植的技術，將硼打入晶圓中，形成P型阱。接著再利用-可編輯修改-。。2.9P退火及氧化層的形成2.9P的完整性。所以，摻雜離子布植之后的晶圓必須經(jīng)過合理的退火。退火就是利用各種形式的能量轉(zhuǎn)換產(chǎn)生熱量來消除晶圓中晶格缺陷和內(nèi)應力，以恢復晶格的完整性。同時使使注入雜質(zhì)原子進入到替代位置而有效的活化加入的雜質(zhì)。圖2.10退火及氧化層的形成去除二氧化硅圖2.11法將芯片表面的二氧化硅予以去除。--可編輯修改-。。圖2.11去除二氧化硅-可編輯修改-。。--可編輯修改-柵極的制成柵極(gate)氧化層的形成圖2.12是柵極(gate)氧化層的形成示意圖，利用熱氧化形成良好品質(zhì)的二氧化硅，作為柵極的氧化層，此道步驟為制作CMOS的關鍵步驟。圖2.12 柵極(gate)氧化層的形成多晶硅的沉積圖2.13是多晶硅的沉積示意圖，利用LPCVD的技術沉積多晶硅在晶圓表面，以達到在閘極的區(qū)域有好的電性接觸點。注：LPCVD--低壓化學氣相沉積。低壓化學氣相沉積是在爐管中完成的，是將氣體反應物通入爐管中，加以反應形成所需的物質(zhì)在芯片上。圖2.13 多晶硅的沉積柵極光罩的形成圖2.14利用微影技術將柵極的區(qū)域定義出來。。。--可編輯修改-圖2.14 柵極光罩的形成活性離子蝕刻圖2.15將柵極區(qū)域以外，再用LPCVD所成長的多晶硅及在形成柵極時所生長的二氧化硅給蝕刻。圖圖2.15 活性離子蝕刻熱氧化圖圖2.16圖2.16熱氧化

2.16是熱氧化示意圖，利用氧化技術，在晶圓表面形成一LDD?植入1.NLDD植入圖2.17是NLDD植入示意圖。首先上光阻，利用微影技術將NMOS?源極及漏極區(qū)域?光罩形成之后,在NMOS?源極和漏極(sourceanddrain)植入一層很薄?LDD，然后去光阻。注：在次微米MOS中要用低摻雜漏極（LDD）來抑制熱載流子效應.，因為熱載流子效應會導致元件劣化且影響晶片?可靠度。LDD為高濃度?sourceanddrain提供了一個擴散緩沖層，抑制了熱載流子效應。圖圖2.17 NLDD植入3. PLDD圖 2.18是PLDD植入示意圖，首先上光阻，利用微影技術將PMOS?源極及漏極區(qū)域?光罩形成之后，.在PMOS?源極和漏極同樣植入一層很薄?LDD，然后去光阻。圖圖2.18PLDD植入源極及漏極?形成沉積氮化硅圖2.19法沉積一層氮化硅。圖圖2.19 沉積氮化硅蝕刻氮化硅圖2.20側(cè)壁留下一些殘余物，被稱為spacer。圖圖2.20蝕刻氮化硅NMOS的源極及漏極區(qū)域制成圖 2.21是NMOS的源極及漏極區(qū)域制成示意圖，首先上光阻，利用微影技術將 NMOS的源極及漏極區(qū)域的光罩形成之后，再利用離子布植技術將砷元素打入源極及漏極的區(qū)域，接著做退火的處理。。2.21NMOSPMOS的源極及漏極的制成圖2.22是PMOS的源極及漏極的制成示意圖，首先利用微影技術將PMOS的源極及漏極區(qū)域的光罩形成(p-channelSource/DrainMask)之后，再利用離子布植的技術將硼元素打入源極及漏極的區(qū)域。圖圖2.22PMOS的源極及漏極的制成?積Ti并形成TiSi2圖2.23是?積Ti并形成TiSi2示意圖，Ti在高溫下與Si反應生成TiSi2。--可編輯修改-。。圖2.23?積Ti并形成TiSi2-可編輯修改-。。--可編輯修改-Ti的蝕刻圖2.24是Ti的蝕刻示意圖，把柵極側(cè)壁的Ti蝕刻掉。圖2.24Ti的蝕刻第一層互連的制作沉積含硼磷的氧化層（BPSG）2.25（BPSG）圖2.25 沉積含硼磷的氧化層第一層接觸金屬之接觸洞之形成圖2.26技術將第一層接觸金屬的光罩形成。再利用活性離子蝕刻將接觸點上的材料去掉(ContactRIEEtch)，去掉光阻，再將晶圓放置于加熱爐管中，升高溫度，使ASG產(chǎn)生些微的流動，即初級平坦化。。。圖2.26第一層接觸金屬之接觸洞之形成形成TiN層圖2.27是形成TiN層示意圖，利用濺鍍的技術，濺鍍上一層TiN。圖圖2.27 形成TiN層沉積鎢圖2.28是沉積鎢示意圖，沉積鎢并添滿接觸洞，然后用CMP（化學機械研磨）的方法去掉表面的鎢。圖2.28 沉積鎢第一層金屬的制成圖2.29是第一層金屬的制成示意圖，利用濺鍍的技術，濺鍍上一層鋁金屬。-可編輯修改-但在鋁的上下表面也要做Ti/TiN-可編輯修改-。。--可編輯修改-圖2.29 第一層金屬的制成第一層金屬的蝕刻圖2.30是第一層金屬的蝕刻示意圖，利用微影技術，定義出第一層金屬的光罩。接著將鋁金屬利用化學蝕刻的技術，將不要的部份去除。圖圖2.30第一層金屬的蝕刻第二層互連的制成圖2.31是沉積IMD1示意圖，沉積一層介電膜（IMD）主要成分是硅玻璃。然后用化學機械研磨的方法做表面平坦化處理。圖圖2.31沉積IMD1第二層接觸金屬連接線形成圖2.32形成示意圖，利用微影技術將第二層接觸金屬的圖形制造出來，再利用活性離子蝕刻法來做接觸點的蝕刻(ContactEtch)。之后去掉光阻。然后沉積鎢并添滿接觸洞，用 CMP（化學械研磨）的方法去掉表面的鎢。圖圖2.32第二層接觸金屬的連接線的形成3.第二層金屬的制成圖2.33是第二層金屬的制成示意圖，先將第二層金屬沉積(2ndMetalDeposition)上去，接著利用微影技術將第二層金屬的光罩形成Masking)，接著將鋁金屬蝕刻(AluminumEtch)。(2ndMetal圖圖2.33第二層金屬的制成保護層與焊墊的制成保護氧化層和氮化硅的沉積圖2.34是保護氧化層和氮化硅的沉積示意圖，接著利用PECVD沉積保護的氧化層。再利用PECVD沉積氮化硅，形成保護層。圖圖2.34保護氧化層和氮化硅的沉積焊墊的制成圖2.35是焊墊的制成示意圖，將所需要和外界做接觸的地方，利用微影技術將光罩圖形形成(PadMasking)在晶圓表面。利用活性離子蝕刻法，將接線金屬平臺上的保護