第12章 IC工藝幾種IC工藝流程

第五單元：集成技術(shù)簡(jiǎn)介

第十二章：幾種IC工藝流程

12.1. CMOS工藝

編輯課件Afterstudyingthematerialinthischapter,youwillbeableto:Drawadiagramshowinghowatypicalwaferflowsinasub-micronCMOSICfab.

畫出典型的流程圖Giveanoverviewofthesixmajorprocessareasandthesort/testareainthewaferfab.

對(duì)6種主要工藝的應(yīng)用和測(cè)試有大概的認(rèn)識(shí)Foreachofthe14CMOSmanufacturingsteps,describeitsprimarypurpose.

描述CMOS工藝14個(gè)步驟的主要目的DiscussthekeyprocessandequipmentusedineachCMOSmanufacturingstep.

能討論每一步流程的關(guān)鍵工藝和設(shè)備

編輯課件MajorFabricationStepsinMOSProcessFlowOxidation(Fieldoxide)SiliconsubstrateSilicondioxideoxygenPhotoresistDevelopoxidePhotoresistCoatingphotoresistMask-WaferAlignmentandExposureMaskUVlightExposedPhotoresistexposedphotoresistGSDActiveRegionstopnitrideSDGsiliconnitrideNitrideDepositionContactholesSDGContactEtchIonImplantationresistoxDGScanningionbeamSMetalDepositionandEtchdrainSDGMetalcontactsPolysiliconDepositionpolysiliconSilanegasDopantgasOxidation(Gateoxide)gateoxideoxygenPhotoresistStripoxideRFPowerIonizedoxygengasOxideEtchphotoresistoxideRFPowerIonizedCF4gasPolysiliconMaskandEtchRFPoweroxideIonizedCCl4gaspolygateRFPower編輯課件CMOSProcessFlowOverviewofAreasinaWaferFabDiffusionPhotolithographyEtchIonImplantThinFilmsPolish

編輯課件ModelofTypicalWaferFlow

inaSub-MicronCMOSICFabTest/SortImplantDiffusionEtchPolishPhotoCompletedWaferUnpatternedWaferWaferStartThinFilmsWaferFabrication(front-end)編輯課件SimplifiedSchematicofHigh-TemperatureFurnaceGasflowcontrollerTemperaturecontrollerPressurecontrollerHeater1Heater2Heater3ExhaustProcessgasQuartztubeThree-zoneHeatingElementsTemperature-settingvoltagesThermocouplemeasurements編輯課件PhotolithographyBayinaSub-micronWaferFab編輯課件LoadStationVaporPrimeSoftBakeCoolPlateCoolPlateHardBakeTransferStationResistCoatDevelop-RinseEdge-BeadRemovalWaferTransferSystemWaferCassettesWaferStepper(Alignment/ExposureSystem)SimplifiedSchematicofaPhotolithographyProcessingModule編輯課件SimplifiedSchematicofDryPlasmaEtchere-e-R+

Glowdischarge(plasma)GasdistributionbaffleHigh-frequencyenergyFlowofbyproductsandprocessgasesAnodeelectrodeElectromagneticfieldFreeelectronIonsheathChamberwallPositiveionEtchantgasenteringgasinletRFcoaxcablePhotonWaferCathodeelectrodeRadicalchemicalVacuumlineExhausttovacuumpumpVacuumgaugee-編輯課件SimplifiedSchematicofIonImplanterIonsourceAnalyzingmagnetAccelerationcolumnBeamlinetubeIonbeamPlasmaGraphiteProcesschamberScanningdiskMassresolvingslitHeavyionsGascabinetFilamentExtractionassemblyLighterions編輯課件ThinFilmMetallizationBay編輯課件SimplifiedSchematicsofCVDProcessingSystemCapacitive-coupledRFinputSusceptorHeatlampsWaferGasinletExhaustChemicalvapordepositionProcesschamberCVDclustertool編輯課件PolishBayinaSub-micronWaferFab編輯課件Twin-wellImplants

雙阱注入ShallowTrenchIsolation

淺槽隔離GateStructure

多晶硅柵結(jié)構(gòu)LightlyDopedDrainImplants

輕摻雜漏注入SidewallSpacer

側(cè)墻形成Source/DrainImplants

源/漏注入ContactFormation

接觸孔形成PassivationlayerBondingpadmetalp+SiliconsubstrateLIoxideSTIn-wellp-wellILD-1ILD-2ILD-3ILD-4ILD-5M-1M-2M-3M-4Polygatep-Epitaxiallayerp+ILD-6LImetalViap+p+n+n+n+2314567891011121314CMOSManufacturingSteps

編輯課件LocalInterconnect

局部互連InterlayerDielectrictoVia-1

通孔1和金屬塞1的形成FirstMetalLayer

金屬1互連SecondILDtoVia-2

通孔2和金屬塞2的形成SecondMetalLayertoVia-3

金屬2互連Metal-3toPadEtch

金屬3

壓點(diǎn)形成ParametricTesting

測(cè)試PassivationlayerBondingpadmetalp+SiliconsubstrateLIoxideSTIn-wellp-wellILD-1ILD-2ILD-3ILD-4ILD-5M-1M-2M-3M-4Polygatep-Epitaxiallayerp+ILD-6LImetalViap+p+n+n+n+2314567891011121314CMOSManufacturingSteps

編輯課件n-wellFormation1-11、外延2、初始氧化：1000C干氧，~150?；保護(hù)外延層、介 質(zhì)屏蔽層、減少注入損傷、控制注入深度。3、第一層掩膜：由光刻膠作為離子注入的掩膜4、n阱注入：~200KeV高能磷〔P〕注入，結(jié)深~1m。5、退火：先進(jìn)行氧等離子體去膠；退火的目的有裸露的Si 外表形成氧化阻擋層、再分布、雜質(zhì)電激 活、消除晶格損傷編輯課件p-wellFormation1-26、第二層掩膜：由光刻膠作為離子注入的掩蔽層；檢測(cè)。7、p阱注入：硼〔B〕注入〔能量較磷注入時(shí)底〕，倒置阱8、退火編輯課件STITrenchEtch9、清洗10、1000

C干氧，~150?；保護(hù)外延層11、Si3N4膜淀積：~750CLPCVDNH3+SiH2Cl2；保護(hù)有源區(qū)； CMP的阻擋材料12、第三層掩膜：檢測(cè)；由于特征尺寸減小，光刻難度增加。13、STI槽刻蝕：F基或Cl基等離子體刻蝕；檢測(cè)臺(tái)階高度、特征尺寸、和腐蝕缺陷編輯課件STIOxideFill14、溝槽襯墊氧化：1000

C干氧，~150?；15|、溝槽CVD氧化物填充：可用高速淀積。編輯課件STIFormation16、溝槽氧化拋光〔CMP〕：17、氮化物去除：熱磷酸編輯課件PolyGateStructureProcess18、去除氧化層：柵氧化前進(jìn)行。19、柵氧化層生長(zhǎng)：完成后立即進(jìn)行多晶硅淀積〔~5000?〕20、第四層掩膜：光刻多晶硅柵；深紫外光刻；加抗反射涂層ARC；檢測(cè)。21、多晶硅柵刻蝕：先進(jìn)的各向異性的等離子刻蝕機(jī)。編輯課件n-LDDImplant22、第五層掩膜：光刻n-LDD注入?yún)^(qū)23、n-LDD注入：As離子低能、淺結(jié)注入24、去膠：編輯課件p-LDDImplant26、第六層掩膜：光刻p-LDD注入?yún)^(qū)27、p-LDD注入：BF2離子低能、淺結(jié)注入編輯課件SideWallSpacerFormation28、淀積SiO2層：1000?二氧化硅層；29、SiO2層反刻：先進(jìn)的各向異性的等離子刻蝕機(jī)；

無(wú)需光刻、并實(shí)現(xiàn)側(cè)壁編輯課件n+Source/DrainImplant30、第七層光刻：n+源/漏注入?yún)^(qū)光刻；31、源/漏注入：“中〞能量As離子注入；實(shí)現(xiàn)自對(duì)準(zhǔn)。編輯課件p+Source/DrainImplant32、第八層光刻：p+源/漏注入?yún)^(qū)光刻；33、源/漏注入：“中〞能量B離子注入；實(shí)現(xiàn)自對(duì)準(zhǔn)。34、退火：RTP，~1000C，數(shù)秒鐘；編輯課件ContactFormation35、鈦(Ti)的淀積：氬等離子體濺射Ti靶，〔PVD〕36、退火〔合金〕：~700C，RTP；與Si形成TiSi2， 與SiO2不反響。37、刻蝕金屬鈦：化學(xué)方法不腐蝕TiSi2，無(wú)需掩膜。編輯課件LIOxideDielectricFormation38、Si3N4膜的CVD：作為阻擋層，保護(hù)有源區(qū)。39、摻雜氧化物膜的CVD：PSG〔BPSG〕，提高介電特性，快速退 火—熔流—平坦化。40、氧化層拋光：CMP工藝~8000?。41、第九層掩膜：局部互連刻蝕；形成窄溝槽定義互連金屬路徑。編輯課件LIMetalFormation42、金屬Ti膜淀積：PVD；充當(dāng)金屬W與SiO2間的黏合劑。43、氮化鈦淀積：立即淀積于Ti膜外表，充當(dāng)金屬W的擴(kuò)散阻擋層。44、鎢〔W〕淀積：CVD；不用Al的原因是，W能填充小孔，且拋光性好。45、磨拋W：CMP；除去介質(zhì)膜上的W，完成“大馬士革〞工藝。編輯課件LIOxideasaDielectricforInlaidLIMetal(Damascene)大馬士革工藝編輯課件Via-1Formation〔多層金屬布線間的通孔〕46、氧化物膜淀積：CVD；SiO247、氧化物膜的磨拋：CMP；~8000?。48、第十層掩膜：光刻多層布線間的連接孔〔＜0.25m)；檢測(cè)編輯課件Plug-1Formation49、淀積Ti阻擋層：PVD；充當(dāng)金屬W與SiO2間的黏合劑。50、氮化鈦淀積：CVD；立即淀積于Ti膜外表，充當(dāng)金屬W的擴(kuò)散阻 擋層。51、淀積W：CVD；形成W塞〔Plug〕。52、磨拋鎢：CMP；直到第一層的層間介質(zhì)。編輯課件SEMMicrographsofPolysilicon,TungstenLIandTungstenPlugsPolysiliconTungstenLITungstenplugMag.17,000X編輯課件Metal-1InterconnectFormation53、金屬Ti膜淀積：PVD。54、Al-Cu合金膜淀積：PVD。55、氮化鈦膜淀積：PVD；作為光刻的抗反射層。56、第十一層掩膜：刻金屬，形成連線。編輯課件SEMMicrographsofFirstMetalLayeroverFirstSetofTungstenViasTiNmetalcapMag.17,000XTungstenplugMetal1,Al編輯課件Via-2Formation57、ILD-2間隙填充：ILD-2的形成與第一層層間介質(zhì)膜的制作相似， 但需要先填充第一層金屬刻出的間隙。通常是用高密 度等離子體HDPCVD淀積空洞極少的致密氧化物。58、ILD-2氧化物淀積：PCVD；SiO259、ILD-2氧化物平坦化：磨拋60、第十二層掩膜：用等離子體刻蝕ILD-2氧化層通孔。編輯課件Plug-2Formation61、淀積Ti阻擋層：PVD；充當(dāng)金屬W與SiO2間的黏合劑。62、氮化鈦淀積：CVD；立即淀積于Ti膜外表，充當(dāng)金屬W的擴(kuò)散阻 擋層。63、淀積W：CVD；形成W塞〔Plug〕。64、磨拋鎢：CMP；直到第一層的層間介質(zhì)。編輯課件Metal-2InterconnectFormation65、淀積、刻蝕金屬2：66、填充第三層層間介質(zhì)間隙：67、淀積、平坦化ILD-3氧化物：68、刻蝕通孔3、淀積鈦/氮化鈦、淀積鎢、平坦化：69、。。。。。。編輯課件Full0.18mmCMOSCrossSectionPassivationlayerBondingpadmetalp+SiliconsubstrateLIoxideSTIn-wellp-wellILD-1ILD-2ILD-3ILD-4ILD-5M-1M-2M-3M-4Polygatep-Epitaxiallayerp+n+ILD-6LImetalViap+p+n+n+70、頂層氧化層：CVD71、頂層氮化硅：PVD、2000?“鈍化層〞使芯片免受潮氣、劃傷合沾污等影響72