西安交通大学微电子制造技术第九章集成电路制造概况

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1、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CMOSIC制造流程；2.对6种

2、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Figure9.1Oxidation(Fieldoxide)SiliconsubstrateSilicondioxideoxygenPhotoresistDevelopoxidePhotoresistCoatingphotoresistMask-WaferAlignmentandExposureMaskUVlightExposedPhotoresistexposedphotoresistGSDActiveRe

3、gionstopnitrideSDGsiliconnitrideNitrideDepositionContactholesSDGContactEtchIonImplantationresistoxDGScanningionbeamSMetalDepositionandEtchdrainSDGMetalcontactsPolysiliconDepositionpolysiliconSilanegasDopantgasOxidation(Gateoxide)gateoxideoxygenPhotoresistStripoxideRFPowerIonizedoxyge

4、ngasOxideEtchphotoresistoxideRFPowerIonizedCF4gasPolysiliconMaskandEtchRFPoweroxideIonizedCCl4gaspolygateRFPowerCMOS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制作步骤参数测试在亚微米CMOS制造厂典型的硅片流程模型完成的硅片测试/拣选离子注入扩散(氧化)刻蚀抛光光刻无图形的硅片硅片起始薄膜生长硅片制造(前端)Figure9.2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

5、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。气流控制器温度控制器压力控制器加热器1加热器2加热器3尾气工艺气体石英管三区加热部件温度设定电压热电偶测量Figure9.3高温炉示意图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

6、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。Photo9.1亚微米制造厂的光刻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

7、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。Figure9.5干法离子刻蚀机示意图e-e-R+辉光放电气体分析隔板高频能量副产物和工艺气体气流阳极电磁场自由电子离子鞘腔臂正离子刻蚀气体进入口RF同轴电缆光子硅片阴极基本化学药品真空管线抽空至真空泵真空规e-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

8、加速离子。高能杂质离子穿