亚微米BiCMOS[B]芯片及其剖面结构与制程技术分享.doc

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1、亚微米BiCMOS[B]芯片及其剖面结构与制程技术分享　　BiCMOS[B]的Twin-Well[1]与P-Well[2]或N-Well[3]的制造技术有很大的不同。主要是CMOS特征尺寸为亚微米级，使制造技术发生了重要的变化。　　由于器件尺寸缩小，栅氧化膜的厚度也要求按比例减薄，这主要是为了防止短沟效应。薄栅氧化膜要达到其高质量的指标：低的缺陷密度，好的抗杂质扩散的势垒特性，具有低的界面态密度和固定电荷的Si/SiO2界面，在热载流子应力和辐射条件下的稳定性以及低的热预算(温度时间乘积量)工艺。　　在亚

2、微米制造技术中，P沟道区的注入一般需要作两次注入，其中一次用于调整阈值电压，另一次用于抑制穿通效应。抑制穿通的注入通常是高能量，较高剂量，注入峰值较深（延伸至源－漏耗尽区附近）；而调节阈值电压注入一般能量较低，注入峰值位于表面附近。因此栅下的杂质分布不仅决定于衬底掺杂，而且还决定于注入杂质，因而沟道区杂质呈非均匀分布。　　在亚微米技术中，为了抑制CMOS穿通电流和减小短沟道效应，工艺要求更浅的源漏结深，达到浅结。工艺对PN结有很高的要求：高的表面浓度，浅的结深，低接触薄层电阻以及很小的结漏电流。　　在浅的

3、N+P结中，可用75As+注入来实现。由于砷离子相当重，因而可使被注入区硅表面变为无定形，此时，只要在900℃较低温度下退火，即可由固相外延形成再结晶，相应扩散却相当小，因此可实现N+P浅结。还需要P+N浅结。采用49BF2+注入,由于49BF2+质量大，并能将结深降到单用11B+时的四分之一，来制作P+N浅结。　　　　在浅结欧姆接触中，Al-Si互扩散产生的结漏电，穿通等是影响器件热稳定性，甚至造成器件失效的一个严重问题，为此采用在Al层和Si之间加一扩散阻挡层的方法，通常选用TiN膜，这是因为TiN热

4、稳定性好。　　轻掺杂漏LDD结构主要应用于亚微米或深亚微米MOS器件中，以提高源漏穿通电压和减少高电场引入的热载流子注入问题。具有代表性的结构和技术有利用TEOS侧墙制作对称LDD结构，它的形成方法就是在栅和源漏的重掺杂区之间引入一个轻掺杂区。这样，N+或P+区注入杂质不会在栅下面发生横向扩散，但会在侧墙下面扩散。　　本文提出，为了直观显示出双极型与CMOS器件兼容集成的亚微米BiCMOS[B]结构，应用芯片结构技术[4-6]，可以得到芯片剖面结构，并利用计算机和它所提供的软件，描绘出制程中芯片表面﹑内部

5、器件以及互连的形成过程和结构的变化的示意图。2亚微米芯片剖面结构　　应用芯片结构技术[4-6]，使用计算机和它所提供的软件，可以得到亚微米BiCMOS[B]芯片典型剖面结构。首先由设计人员在电路中找出各种典型元器件：NMOS，PMOS，NPN（纵向）以及PNP（横向）。然后由制造人员对这些元器件进行剖面结构设计，选取剖面结构各层统一适当的尺寸和不同的标识，表示制程中各工艺完成后的层次，设计得到可以互相拼接得很好的各元器件结构（或在元器件结构库中选取），分别如图1[A]﹑[B]﹑[C]以及[D]等所示（不要

6、把它们看作连接在一起）。最后把各元器件结构依一定方式排列并拼接起来，构成电路芯片剖面结构，图1为其示意图。　　图1芯片剖面结构是以双极型制程及其所制得的元器件为基础，引入兼容的CMOS器件工艺，最终在同一硅衬底上形成IC中主要器件。而图1-B的芯片剖面结构中，除了图1-A的四种器件外，还有其它无源器件：如位于场区上的双层Poly电容和Poly电阻等；或衬底MOS电容（或双极型电容）和N-Well电阻（或基区电阻）；或采用掺杂N+Poly与硅表面直接相接形成浅发射区的结构来代替图中NPN结构，来提高电路速度

7、；或它们之间的不同结合，就形成多种不同的复杂的BiCMOS[B]结构，可选用其中一种与设计电路直接相联系的结构。限有篇幅，本文仅介绍图1-A技术。3亚微米芯片工艺技术　　设计电路CMOS采用0.8μm/双极型为2～3μm设计规则，使用1～2μm薄外延的亚微米BiCMOS[B]制造技术。该电路主要元器件﹑制造技术以及主要参数如表1所示。它以双极型制程及其所制得的元器件为基础，引入兼容的CMOS器件工艺，并对其中芯片结构和制造工艺进行改变，以制得CMOS器件的相容技术，最终在同一硅衬底上形成如表1所示的IC中

8、主要元器件，并使之互连，实现所设计的电路。该电路或各层版图己变换为缩小的各层平面和剖面结构图形的IC芯片。如果所得到的工艺与电学参数都适合于所设计电路的要求，则芯片功能和电气性能都能达到设计指标。　　为实现亚微米BiCMOS[B]技术，对双极型制造工艺作如下的改变。　　（1）在自对准形成BLN+埋层﹑BLP+埋层和P型薄层外延后，分别引入11B+﹑31P+注入并推进，生成与埋层相接的Twin-Well，同时形成双极型隔离；引入