CMOS集成电路制造工艺.doc

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1、CMOS集成电路制造工艺从电路设计到芯片完成离不开集成电路的制备工艺，木章主要介绍硅衬底上的CMOS集成电路制造的工艺过稈。有些CMOS集成电路涉及到高压MOS器件（例如平板显示驱动芯片、智能功率CMOS集成电路等），因此高低压电路的兼容性就显得十分重要，在木章最后将重点说明高低压兼容的CMOS工艺流程。1.1基本的制备工艺过程CMOS集成电路的制备丁艺是一个非常复杂而又精密的过稈，它由若干单项制备工艺组合而成。下血将分别简要介绍这些单项制备工艺。1・1・1衬底材料的制备任何集成电路的制造部离不开衬底材料——单晶硅。制备

2、单晶硅有两种方法：悬浮区熔法和肓拉法，这两种方法制成的单晶硅具有不同的性质和不同的集成电路用途。1悬浮区熔法悬浮区熔法是在20世纪50年代提出并很快被应用到晶体制备技术屮。在悬浮区熔法屮,使闘柱形硅棒固定于垂直方向，川高频感应线圈在弑气气氛中加热，使棒的底部和在其下部靠近的同轴固定的单晶籽晶间形成熔滴，这两个棒朝相反方向旋转。然示将在多晶棒与籽晶间只靠表面张力形成的熔区沿棒长逐步向上移动，将其转换成单晶。悬浮区熔法制备的单晶硅氧含量和杂质含量很低，经过多次区熔提炼，可得到低氧高阻的单晶硅。如果把这种单晶硅放入核反应堆，由

3、屮子嬪变掺杂法对这种单晶硅进行掺杂，那么杂质将分布得非常均匀。这种方法制备的单晶硅的电阻率非常高，特别适合制作电力电了器件。目前悬浮区熔法制备的单晶硅仅占一有很小市场份额。2直拉法随着超大规模集成电路的不断发展，不但要求单晶硅的尺寸不断增加，而口要求所有的杂质浓度能得到精密控制，而悬浮区熔法无法满足这些要求，因此直拉法制备的单品越来越多地被人们所采用，冃前市场上的单晶硅绝大部分采用直拉法制备得到的。拉晶过程：首先将预处理好的多晶硅装入炉内石英堆烟中，抽真空或通入情性气体后进行熔硅处理。熔硅阶段坯堀位置的调节很重要。开始阶

4、段，tH堀位置很高，待下部多晶硅熔化后，用堀逐渐下降至正常拉晶位置。熔硅时间不宜过长，否则掺入熔融硅中的会挥发，而且比堀容易被熔蚀。待熔硅稳定后即可拉制单晶。所用掺杂剂可在拉制前一次性加入，也可在拉制过程屮分批加入。拉制气氛由所要求的单晶性质及掺杂剂性质等因素确定。拉晶时,籽晶轴以一定速度绕轴旋转，同时珀垠反方向旋转，大育径单晶的收颈是为了抑制位错大量地从籽晶向颈部以下单晶延伸。收颈是靠增大提拉速度来实现的。在单晶生长过程中应保持熔硅液面在温度场屮的位置不变，因此，1甘砌必须白动跟踪熔硅液面下降而上升。同时，拉晶速度也应

5、白动调节以保持等玄生长。所有自动调节过稈均由计算机控制系统或电了系统白动完成。1.1.2光刻光刻是集成电路制造过稈屮最复杂和关键的丁艺Z-O光刻T艺利用光敏的抗蚀涂层（光刻胶）发生光化学反应，结合刻蚀的方法把掩模版图形复制到圆硅片上，为后序的掺杂、薄膜等T艺做好准备。在芯片的制造过程屮，会多次反复使用光刻工艺。现在，为了制造电了器件要采用多达24次光刻和多于250次的单独工艺步骤，使得芯片生产时间长达一个月之久。日前光刻已占到总的制造成本的1/3以上，并且还在继续提高。光刻的主要T艺步骤包括：光刻胶的涂覆，掩模与曝光，光

6、刻胶显影，腐蚀和胶剥离。下面分别进行简要的介绍：1光刻胶涂覆光刻胶是一种有机的光敏化合物。按照胶的极性可分为正性光刻胶和负性光刻胶。光刻胶在曝光2后，被浸入显影溶液屮，在显影过稈屮，正性光刻胶爆过光的区域溶解的速度要快得多，理想情况下，未曝光区域保持不变。负性光刻胶正好相反，在显影剂中未曝光的区域将溶解，而曝光的区域被保留。正胶的分辨率往往较好，因此在集成电路制造屮应用更为普及。在光刻胶涂覆前，硅片要进行热处理以去除湿气，并且经粘附增强剂处理，然示用光刻胶溶液旋转涂覆。在一个高温的热板上，溶剂挥发掉，通过选择光刻胶的粘度

7、和涂覆旋转的速度，使光刻胶固化为十分均匀的薄膜，厚度约为1〜2微米。2掩模与曝光掩模版与圆片的对准至关重要，它将限制芯片的集成密度和电路的性能，因此在现代集成电路制造工艺屮，采用了多种方法以保证掩模版与圆片的对准。（1）多数步进机屮，圆片并不育接对准掩模，而是圆片和掩模经过各H的光路，对准于曝光系统的光学链上。如果这两个对准过程不是精确匹配的，就会发生对准误羌。为了避免这些系统误差，要周期性做基线校准处理。（2）超出和缩进的消除。在接触式、接近式和扫描投影光刻机屮，超出和缩进通常是由于圆片在一系列的工艺过程屮由温度引起的

8、物理尺寸的变化而造成的。步进机以全局对准模式可以减轻这个问题，应用良好的逐个位置对准方法萇至可以完全消除它。此外，该类型的误差也容易由于掩模温度的少量变化而产生。（3）掩模材料的选择。石英由于具有较低的热膨胀系数（5xl0%Ci）,常被选做制作掩模的材料。为了避免一整块8英寸掩模产生大于0」微米的膨胀，需要掩模温度变