电子科大微电子(集成电路)工艺课件第十章：工艺集成

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1、第十章：工艺集成§10.1引言工艺集成前面第二～九章分别介绍了氧化、扩散、沉积、光刻、刻蚀、离子注入、蒸发与溅射以及化学机械抛光，这些都是单项工艺，这些单项工艺的组合称为工艺集成。不同的单项工艺集成或单项工艺组合形成了各种集成电路制造技术。本章介绍两种集成电路制造技术1.早期基本的3.0μmCMOS集成电路工艺技术2.现代先进的0.18μmCMOS集成电路工艺技术硅片制造厂的分区硅片制造厂分成6个独立的生产区：扩散（包括氧化、LPCVD、热掺杂等高温工艺）、光刻、刻蚀、薄膜（包括APCVD、PECVD、溅射等）、离子注入和抛光（CMP）。

2、硅片制造厂的分区亚微米CMOSIC制造厂典型的硅片流程模型7大工艺步骤：1.双阱工艺2.LOCOS隔离工艺3.多晶硅栅结构工艺4.源/漏（S/D）注入工艺5.金属互连的形成6.制作压点及合金7.参数测试§10.2早期基本的3.0μmCMOS集成电路工艺技术§10.2早期基本的3.0μmCMOS集成电路工艺技术■工艺流程：1.双阱工艺备片→初氧氧化→光刻N阱区→N阱磷注入→刻蚀初氧层→光刻P阱区→P阱硼注入→阱推进2.LOCOS隔离工艺垫氧氧化→氮化硅沉积→光刻有源区→光刻NMOS管场区→NMOS管场区硼注入→场区选择氧化3.多晶硅栅结构工

3、艺去除氮化硅→栅氧化→多晶硅沉积→多晶掺磷→光刻多晶硅工艺流程（续）：4.源/漏（S/D）注入工艺光刻NMOS管源漏区→NMOS管源漏区磷注入→光刻PMOS管源漏区→PMOS管源漏硼注入5.金属互连的形成BPSG沉积→回流/增密→光刻接触孔→溅射Si-Al-Cu→光刻金属互连6.制作压点及合金钝化→光刻压焊窗口→合金7.参数测试备片：P型硅单晶、单面抛光片、晶向＜100＞、电阻率~20Ω.cm、φ100mm、片厚525μm初氧氧化：工艺目的：制作阱注入的缓冲层工艺方法：干氧氧化工艺要求：厚度100nm左右1.双阱工艺光刻N阱区工艺目的：定

4、义PMOS管的N阱区域工艺方法：光刻7步骤（HMDS气相成底膜、涂胶、软烘、对准曝光、显影、坚膜、检查）工艺要求：边缘整齐、无针孔、无小岛N阱磷注入注入能量：120KEV；注入剂量：2.0E131.双阱工艺刻蚀初氧层：湿法腐蚀、湿法去胶光刻P阱区：同N阱光刻P阱区硼注入：能量：100KEV；剂量：3.0E131.双阱工艺阱推进工艺目的：形成符合要求的阱杂质浓度分布工艺方法：高温（N2＋O2）气氛工艺要求：N阱R□＝1000Ω/□左右P阱R□＝2500Ω/□左右Xj＝4.0μm左右1.双阱工艺阱的作用：①使PMOS和NMOS管的阈值电压满足

5、要求；②减小寄生的闭锁效应；③PMOS管做在N阱里，NMOS管做在P阱里，用N阱-衬底PN结的反偏实现PMOS管和NMOS管之间的电气隔离。1.双阱工艺阱的作用：减小寄生的闭锁效应1.双阱工艺CMOS器件截面图寄生BJT等效电路图N阱光刻版图及N阱剖面图1.双阱工艺P阱光刻版图及P阱剖面图1.双阱工艺垫氧氧化工艺目的：减小氮化硅与硅之间的应力。工艺方法：去除硅片上的所有氧化层、清洗、干氧氧化。工艺要求：厚度tox＝50nm左右氮化硅沉积：工艺目的：做后续选择氧化的掩蔽层。工艺方法：LPCVD。工艺要求：厚度170nm左右。2.LOCOS隔

6、离工艺光刻有源区工艺目的：定义NMOS管和PMOS管的有源区工艺方法：光刻7步骤、干法RIE刻蚀氮化硅、湿法去胶。工艺要求：同N阱光刻2.LOCOS隔离工艺有源区光刻版图及器件剖面图2.LOCOS隔离工艺光刻N管场区（用P阱版）工艺目的：定义NMOS管场区，并为场区注入提供光刻胶阻挡层。工艺方法：光刻7步骤、不刻蚀、不去胶。工艺要求：同N阱光刻2.LOCOS隔离工艺NMOS管场区光刻版图及剖面图2.LOCOS隔离工艺NMOS管场区硼注入：能量40KEV，剂量5E13工艺目的：场区注入适当浓度的硼以提高NMOS管场开启电压，增强NMOS管之

7、间的场隔离能力。注意：氮化硅阻挡硼注入防止有源区被掺杂。2.LOCOS隔离工艺场区选择氧化（局域氧化LOCOS）工艺目的：提高NMOS管和PMOS管的场开启电压以在N管与N管之间和P管与P管之间实现良好的电气隔离。工艺方法：去胶、清洗，（干＋湿＋干）高温氧化工艺要求：场氧厚度800nm左右2.LOCOS隔离工艺实际的LOCOS剖面图2.LOCOS隔离工艺LOCOS隔离原理：通过NMOS场区的硼注入及场区选择氧化，增加场区的表面掺杂浓度及场区氧化层厚度，从而提高寄生NMOS管的阈值电压，使该阈值电压大于Vcc，实现了NMOS管之间的隔离。寄

8、生NMOS剖面图去除氮化硅工艺方法：①去除氮化硅上的氧化层②180℃的热磷酸去氮化硅③去除垫氧层3.多晶硅栅结构工艺栅氧化工艺目的：形成MOS器件的栅电介质层。栅氧化是硅片制造中的关键工艺！工