西安交通大学 微电子制造技术 第九章 集成电路制造概况.pptVIP

Figure 7 - 微电子制造技术第 9 章 IC 制造工艺概况 引 言 典型的半导体IC制造可能要花费6～8周时间，包括450甚至更多的步骤来完成所有的制造工艺，其复查程度是可想而知的。 本章简要介绍0.18μm的CMOS集成电路硅工艺的主要步骤，使大家对芯片制造过程有一个较全面的了解。每个工艺的细节将在后面有关章节介绍。 芯片制造就是在硅片上执行一系列复查的化学或者物理操作。这些操作归纳为四大基本类型：薄膜制备（layer）、图形转移、刻蚀和掺杂。 由于是集成电路制造的概述，所以会接触到大量的术语和概念，这些将在随后的章节中得到详细阐述。 学 习 目 标 1. 熟悉典型的亚微米 CMOS IC 制造流程； 2. 对6种主要工艺(扩散、离子注入、光刻、刻蚀、薄膜生长、抛光)在概念上有一个大体了解； 3. 熟悉CMOS制造工艺的14个基本步骤。 MOS晶体管工艺流程中的主要制造步骤 CMOS 工艺流程 硅片制造厂的分区概况 扩散 光刻 刻蚀 离子注入 薄膜生长 抛光 CMOS 制作步骤 参数测试 扩 散 扩散区一般认为是进行高温工艺及薄膜淀积的区域。扩散区的主要设备是高温扩散炉和湿法清洗设备。 高温扩散炉（见图9.3）可以在1200℃的高温下工作，并能完成多种工艺流程，包括氧化、扩散、淀积、退火及合金。 湿法清洗设备是扩散区中的辅助设施。硅片放入高温炉之前必须进行彻底地清洗，以除去硅片表面的沾污以及自然氧化层。 光 刻 光刻的目的是将掩膜版图形转移到覆盖于硅片表面的光刻胶上。光刻胶是一种光敏的化学物质，它通过深紫外线曝光来印制掩膜版的图像。 涂胶/显影设备是用来完成光刻的一系列工具的组合。这一工具首先对硅片进行预处理、涂胶、甩胶、烘干，然后用机械臂将涂胶的硅片送入对准及曝光设备。步进光刻机用来将硅片与管芯图形阵列（掩膜版）对准。在恰当地对准和聚焦后，步进光刻机进行逐个曝光。 光刻工艺的污染控制格外重要，所以清洗装置以及光刻胶剥离机安排在制造厂的它区域。经过光刻处理的硅片只流入两个区：刻蚀区和离子注入区。 刻 蚀 刻蚀工艺是在硅片上没有光刻胶保护的地方留下永久的图形。刻蚀区最常见的工具是等离子体刻蚀机、等离子体去胶机和湿法清洗设备。目前虽然仍采用一些湿法刻蚀工艺，但大多数步骤采用的是干法等离子体刻蚀（见图9.5）。 等离子体刻蚀机是一种采用射频（RF）能量在真空腔中离化气体分子的一种工具。 等离子体是一种由电激励气体发光的物质形态。等离子体与硅片顶层的物质发生化学反应。刻蚀结束后利用一种称为去胶机的等离子体装置，用离化的氧气将硅片表面的光刻胶去掉。 离子注入 离子注入的目的是掺杂。离子注入机是亚微米工艺中最常见的掺杂工具。气体含有要掺入的杂质，例如砷(As)、磷(P)、硼(B)等在注入机中离化。采用高电压和磁场来控制并加速离子。高能杂质离子穿透光刻胶进入硅片表面薄层。离子注入完成后，进行去胶合彻底清洗硅片。 薄膜生长 薄膜生长工艺是在薄膜区完成的。是实现器件中所需的介质层和金属层的淀积。薄膜生长中所采用的温度低于扩散区中设备的工作温度。 薄膜生长区中有很多不同的设备。所有薄膜淀积设备都在中低真空环境下工作，包括化学气相淀积（CVD）和金属溅射工具（物理气相淀积PVD）。 薄膜金属化工作区 抛 光 抛光也称化学机械平坦化（CMP），工艺的目的是使硅片表面平坦化，这是通过将硅片表面凸出的部分减薄到下凹部分的高度实现的。 硅片经过光刻工艺后表面变得凹凸不平，给后续加工带来了困难，而CMP使这种表面的不平整度降到最小。 抛光机是CMP区的主要设备，CMP用化学腐蚀与机械研磨相结合，以去除硅片顶部是其达到希望的厚度。 亚微米制造厂的抛光区 CMOS 制作步骤 COMS技术 COMS是在同一衬底上制作nMOS和pMOS晶体管的混合，简单的COMS反相器电路图如图所示。 一、双井工艺 n-well Formation 1）外延生长2）厚氧化生长 保护外延层免受污染；阻止了在注入过程中对硅片的过渡损伤；作为氧化物屏蔽层，有助于控制注入过程中杂质的注入深度。3）第一层掩膜4）n井注入（高能）5）退火 p-well Formation1）第二层掩膜2） P井注入(高能)3）退火 二、浅曹隔离工艺A STI 槽刻蚀1）隔离氧化2）氮化物淀积3）第三层掩膜4）STI槽刻蚀（氮化硅的作用：坚固的掩膜材料，有助于在STI氧化物淀积过程中保护有源区；在CMP中充当抛光的阻挡材料。） B STI Oxide Fill1）沟槽衬垫氧化硅2）沟槽CVD氧化物填充 C STI Formation1）浅曹氧化物抛光（化学机