CMOS制造工藝及流程教材

1Maincontent0.6umsinglePolydoublemetalprocessflowintroduce;Opendiscussion..2Part1:0.6umprocessflowintroduce

一，襯底材料的準備二，阱的形成三，隔離技術四，柵的完成五，源漏的制備六，孔七，金屬1布線八，平坦化工藝九，VIA及金屬2

十，鈍化工藝3一，襯底材料的準備（1）

1，根據設備選擇硅片規格：直徑6英寸（150mm）,厚度為675±20um。

2，根據具體工藝選擇硅片的摻雜類型和電阻率：N型（電阻率4-7Ω.cm）、P型（電阻率15-25Ω.cm）。

3，從電路和器件考慮是否選用外延片和雙面拋光片。4襯底材料的準備（2）

硅片的晶向：MOS器件只選<100>，該晶向Si界面態密度最小，載流子具有較高的遷移率。<111>晶向界面態密度最高，張力最大。5二，阱的形成（用途）

阱（WellorcalledTub）的形成.

阱的作用是在一種摻雜類型的襯底上（N或P）可以制作兩種器件(CMOS)。根據原始襯底和阱的類型，CMOS工藝可以分為：P-well工藝、N-well工藝和Twin-well工藝。

評價阱的關鍵參數有：阱的結深（Xj）和阱電阻（Rs）.6阱的形成（原理圖）7阱的形成（工藝流程）8FirstOxideSi(P)SiO21700A阱的形成（流程圖CROSSSECTION）9N-WellANDP-WELLIMPSi(P)SiO2阱的形成（流程圖CROSSSECTION）10阱的形成（流程圖CROSSSECTION）WellDrivinginSi(P)P-WellSiO2N-Well11阱的形成（流程圖CROSSSECTION）N-WellSi(P)P-Well.OxideStrip12阱的形成（閂鎖效應）阱一般是通過離子注入和推阱過程形成的，通常推阱的時間較長且溫度很高（>1000℃）。閂鎖效應是CMOS工藝中固有的問題，影響閂鎖效應的主要參數是阱和襯底的電阻Rwell和Rsub以及寄生晶體管的電流增益βnpn和βpnp。通過降低Rwell和Rsub，使βnpn*βpnp小于1，從而避免閂鎖效應。13三，隔離技術（用途）隔離技術(Isolation).

在MOS集成電路中，所有的器件都制作在同一個硅襯底上，它們之間的隔離非常重要，如果器件之間的隔離不完全，晶體管之間的泄露電流會引起直流功耗增加和晶體管之間的相互干擾，甚至有可能導致器件邏輯功能的改變。常見的有PN結、LOCOS、PBLOCOS、凹槽等隔離技術.14隔離技術(LOCOS原理）CMOS工藝最常用的隔離技術就是LOCOS（硅的選擇氧化）工藝，它以氮化硅為掩膜實現了硅的選擇氧化，在這種工藝中，除了形成有源晶體管的區域以外，在其它所有重摻雜硅區上均生長一層厚的氧化層，稱為隔離或場氧化層。常規的LOCOS工藝由于有源區方向的場氧侵蝕（SiN邊緣形成類似鳥嘴的結構，稱為“鳥嘴”birdbreak)和場注入的橫向擴散，使LOCOS工藝受到很大的限制。15隔離技術(LOCOS圖）16隔離技術(LOCOS工藝流程）17隔離技術(改善LOCOSB.B方法）

右圖為部分在線使用的LOCOS工藝。在線降低B.B方法有：

1，降低場氧厚度；

2，增加SIN厚度，降低PADOXIDE厚度；

3，場氧后增加回刻。18隔離技術(關于場注入）在LOCOS隔離工藝中，以連接晶體管的金屬或多晶硅連線做為柵，以柵兩測的N+擴散區做為源漏將形成一個寄生的場管，為了避免該寄生MOSFET開啟引起的泄露電流等問題，很多時候工藝中會通過場注入（channelstopimplant)來提高場寄生管的開啟,但是如果場注入劑量太大，則會降低源/漏對襯底的單結擊穿電壓，增加S/D的結電容，降低MOSFET的傳輸速度。19隔離技術(流程圖CROSSSECTION）PadOxideandDepositNitrideN-WellSi(P)SiO2Si3N4P-Well20隔離技術(流程圖CROSSSECTION）SDGEtchandN-fieldImpSi(P)N-WellSiO2Si3N4P-Well21隔離技偉術(流程圖CROS澇SSE擋CTIO搶N）FieldOxidationN-WellSiO2Si(P)Si3N4P-Well22隔離技術(流程圖CROS贊SSE奪CTIO負N）Si3N4StripN-WellSiO2Si(P)P-Well23四，柵或的完成柵工藝段得是整個工盈藝的關鍵唯之一.柵氧化懸層的質浴量影響Vt（固定電泛荷，可動加電荷），Bv（缺陷亡），柵菠控能力gm，器件漂老化，役亞閾值芬電流等份。柵氧化、焰多晶淀積賞以及多晶在摻雜在工噸藝上要烤求連續完企成。這幾貍個步驟間似的時間間銀隔被明確翻定義，一長般柵氧和甘多晶淀積顯的時間間古隔不大于4小時，稱捎為Crit老ical揭Tim約e。24柵的完逃成（Sca-詢oxid查e)為了消乞除SiN應力和傳場氧工但藝中SiN對有源執區表面賀的影響買，改善祥表面狀配態，在勒做柵氧完之前，頌犧牲氧安化是必喇須的。25柵的完么成(預柵氧臟與Vt調整）在VLS默I器件中雄，溝道橫區的注趙入一般深不止一筑次，通拿常需要偶兩次，蠟其中一承次用于即調整閾泡值電壓領，另一圖次用于畏抑制穿攜通效應向，抑制紗穿通效祝應的注苦入通常燈是高能姥量，高匪劑量的檔，注入孝峰值較岸深（延撥伸至源-漏耗盡俊區的附鐮近）；斷而調閾焦值注入辟一般能益量較低完，注入嗎峰值位稍于表面雀附近。慎調閾值醋注入港一般為1次普注，堆有時候根定據設計的羨需要會增鍋加1次P溝選擇性品注入。在扣溝注前常讓常生長一辣層預柵氧匙做為飾表面注入新保護層。26柵的完成(工藝流程玩）27柵的完滋成(流程圖CRO與SS光SEC未TIO阻N）Sca-oxideandStripN-WellSiO2Si(P)P-Well28柵的完成(流程圖CRO閃SS朵SEC餃TIO填N）GateOxideN-WellSiO2Si(P)P-Well29柵的完成(流程圖CROS綱SSE賤CTIO頁N）PolysiliconDepositionPolyN-WellSiO2Si(P)P-Well30柵的完團成(流程圖CRO法SS揮SEC槍TIO唐N）PolyPhotoandEtchPolyN-WellSiO2Si(P)P-Well31五，源漏嫩的制備通過注入敘形成硅柵戀器件的源得漏兩個端射口。源、乞柵、漏之憐間的蠻對準不能受其他的頁因素影響夜而自對準蒸形成。這鍬是硅柵工呢藝區別于AL柵工藝的薄特點之一骨。漏端附護近溝道私區中的吳高電場敢是引起邊短溝器暮件熱載夕流子效椅應的主衣要原因繳，為了控減小溝顆道電場坦，VLSI中的N溝器件幾欠乎全部采殺用漸變漏部摻雜結構琴，一般由游兩次雜質釣注入形成乏，最常用繳的兩種漸失變結構是鋤雙擴散漏座（DDD）和輕祝擴散漏另（LDD）結構。貓主要為了濟減小熱載俘流子效應細。32P-襯底N+N+POLY柵N-N-圖三：輕摻雜漏結構N+N+POLY柵P-襯底圖一：傳統的漏結構N-N+N+POLY柵N-P-襯底圖二：雙擴散漏結構源漏的制蜘備（不同結構蛋的截面圖姜）33源漏的制噴備DDD結構是海通過向徹源漏區筑注磷，擺砷形成徑的，首波先注入弦磷，形軟成輕摻險雜N-區，然顫后再注照入砷形響成重摻撫雜區，吹由于P比As輕，擴散妻得較快，連所以輕摻內雜的N-區將N+包圍了屈起來。LDD結構是臘通過低城能注入P或As形成輕摻唉雜N-區，并在涼多晶硅側汁面形成氧吸化物側墻爆，然后利魚用側墻作我為掩膜注泥入As形成N+區。34源漏的制慌備(工藝流程棟）35SiO2源漏的襯制備(流程圖CROS斥SSE鳴CTIO震N）PLDDNLDDandPLDDIMPLPolyN-WellSi(P)P-WellNLDD36源漏的制瘡備(流程圖CRO港SS第SEC雀TIO跪N）LPTEOSDepositionLPTEOSN-WellSiO2Si(P)P-WellNLDDPLDDPoly37源漏的忽制備(流程圖CRO來SS媽SEC無TIO黎N）SpaceretchPolySpacerN-WellSiO2Si(P)P-WellNLDDPLDD38源漏的簽制備(流程圖CRO雜SS盯SEC嘆TIO鍬N）PolyNS/DandPS/DSpacerN-WellSiO2Si(P)P-WellNS/DPS/D39六，孔的侵形成D1采用TEOS逢+BPT凳EOS，其中未裙摻雜的TEOS可以阻眠擋高溫鉗回流過朝程中BPT襲EOS中的雜最質向POLY及襯底中逃的擴散；BPT商EOS中B，P含量要控跌制在3-5%。摻B可以降鄰低回流淹溫度，鄰摻P可以減達小膜的斬應力，核具有抗指潮，吸暫鈉等特悄性。介質回剖流：一芹般溫度持在800受-90耍0度，監控鹽回流角，素高溫使BPTE炕OS流動，臺裕階平緩，心同時使BPT體EOS完全穩輔定，避隨免出現附起球現左象，便家于AL-1及后段工纏藝臺階覆彈蓋。40孔的形演成（接觸故電阻）VLS念I中寄生電販阻主要包怠括源漏擴姑散區的體妨電阻，金勻屬和源漏豪的接觸電賴阻及源漏狀區的擴展盛電阻，孔疫內兩種物梁質接觸的破狀況直接卵影響到接民觸電阻的絨大小，在糖工藝控制等中非常重阻要，孔的謹尺寸及源粱漏區的濃影度直接影蝕響接觸電王阻的大小玩，濺AL前的清鐮洗也非裙常重要倆。影響接觸電練阻大小費的因素看有：接挖觸材料秒，雜質圖濃度，途孔的大港小，合甘金退火病等。41孔的形痛成(工藝流慣程）42孔的形成(流程圖CRO霧SS眨SEC娃TIO漏N）PolySpacerN-WellSiO2Si(P)P-WellNS/DPS/DDepositD1D143孔的形成(流程圖CROS愧SSE爆CTIO自N）。W1EtchPolySpacerN-WellSiO2Si(P)P-WellNS/DPS/DD144七，金沸屬布線（作用艷）用作IC的互連勿線金屬層的牲材料很多儲種：--A您LSi；ALS房誠iCu；Cu--當孔尺記寸較小抬時如0.6銀um以下，為改暈善臺階覆偽蓋，熱AL工藝取叼代了傳粗統的冷AL工藝。45金屬布銜線（結構）金屬互連型線結構為豎：Ti/T遵iN+A謠lSiC隆u+Ti干N1，Ti/T龜iN跪Barr掙ier層濺射Ti/她TiN之后，刷通過RTA快速退火豬形成TiSi巖/Ti/棗TiN結構，蝦可以和Si襯底形成元良好的歐賠姆接觸，崇同時TiN具有穩趕定的化傍學和熱仔力學特嶺性，能神夠阻擋AL，Cu的滲透返，防止AL-S饒i互熔及ALs警piki盒ng現象。2，AlS違iCu主要導既電層3，TiN抗反射瞧層用全于改善AL光刻46金屬布線(工藝流程觸）47金屬布線(流程圖CRO卷SS激SEC幫TIO幸N）PolyN-WellSiO2Si(P)P-WellNS/DPS/DD1TINTIN48金屬布強線(流程圖CRO么SS牽SEC嘴TIO顏N）ALN-WellSiO2Si(P)P-WellNS/DPS/DSputter

AL+TiNTIN49金屬布菠線(流程圖CROS授SSE諸CTIO引N）N-WellSiO2Si(P)P-WellNS/DPS/DTINALetch50八，平坦錯化工藝（作用榜）平坦化宇工藝降壘低場氧稼，多晶風，AL1等引入寇的臺階朵高度，示讓多層蔑布線變礦得相對攻容易，咸從而使翠得特超確大規模斥集成嗎電路得快以實現康。由于高溫攀過程與AL走線是無受法兼容的右，因此AL后的介歲質層廣秤泛用了PEC識VD，可以正在較低遲的溫度建下（300咱℃t球o4必00℃）實現打高質量仿的氧化伍層。51平坦化工般藝（常用工傻藝）為改善圍臺階覆趙蓋，保惡證多層見布線的膝中間隔昆離層質救量，目矮前有很繪多種方久法：Mult呢iste祖ppr態oces鑄s:絡dep/拋etch咽/dep／etch羨pro僚cess，目前0.6義um工藝采用萍淀積18KP抓ETEO而S，之后ETCH框BACK至12.束5K。SOG（spin云-on椒glas資s):具有下述艦優點1）工藝簡隊單；2）低缺壞陷密度下；3）高產出糕；4）低成獅本.CMP（chem魚ical陳mec庸hani厚cal困poli舞shin夾g)，應用于踏介質以及船多層步線愁步驟52平坦化工驕藝（Mul掠tis她tep丹pr丙oce豎ss）雖然PETE滔OS有較好堡的臺階返覆蓋能譯力，但降由于低掙壓下的仿“陰影嫂”效應電，當PETE攀OS在覆蓋未間距較虛小的金袖屬條時貸會在金看屬條之皺間出現失空洞。膏在多層直布線結牢構中，至該問題漲會更加想嚴重。投采用dep庸/et正ch/奇dep絲式/et賓ch工藝。1，淀燦積TEO升S55套00A之后進揉行回刻架（Ar-F順ille慮t）。2，淀積TEOS免1800貧0A之后進矮行回刻股至1200襯0A。53平坦化工問藝(工藝流程竿）54平坦化工偵藝(效果圖）55九，VIA及AL-2的形成通孔的形燭成，主要罩通過通孔浩接觸電阻脈來評價。反濺+Al2濺射，件濺射前主增加反慌濺以改腸善Al1，Al2之間的接擾觸。PCM測試中握通過M2C設OMB結構監舍控AL-2殘留及風兩層金雪屬間的菜隔離情程況；通塔過M2R跨ATIO來監控MET尊AL臺階覆蓋部情況。56VIA及AL-2的形成(工藝流以程）57VIA及AL-哲2的形成(流程圖CRO嫂SS注SEC色TIO教N）DepositD2andEtchbackD1TINALD2N-WellSi(P)NS/DPS/DP-Well58VIA及AL-李2的形成(流程圖CRO挑SS蝕SEC訪TIO笑N）VIAetchD1TINALD2N-WellSi(P)NS/DPS/DP-WellVIA59VIA及AL-山2的形成(流程圖CROS淘SSE而CTIO別N）A2DepandEetchD1TINALD2N-WellSi(P)NS/DPS/DP-WellA260十，鈍勤化工藝鈍化層待是器件老的“外件衣”，鍛因此其攻質量影仙響著器央件的可嚴靠性。沒有針常孔和裂史紋等表拍面缺陷飯是對鈍菜化層質罪量的最籃基本要勿求。常用的爺鈍化層蒜材料有PSG、TEOS、SiN等，目圓前上華誓工藝有5500閘PETE級OS/3校000P群ESiN和3000濕PETE器OS/7答000P點ESIN等結構靠。61鈍化工藝(工藝流程挪）62鈍化工姿藝（CRO猛SS秋SEC石TIO釣N）CAPSPET疾EOSTEO住SPADA2A1SiO2SiNSiN63其他工藝該步驟（合金工藝逢）1，合金主鋒要用于肯消除等和離子損脖傷以及龜增加器螺件可靠挨性。2，形成良宰好的孔和VIA接觸一般是綠工藝線蔽的最后充一道工梢藝合金宏溫度一慶般為400蠢-45鉗0℃。有些豎有特殊抗要求的品產品會竿在鈍化梅前增加粒一次合香金。64Part譯2:獲Open福dis澤cuss贏ionMas撿kt剃ool扁ing貢(0.3籍5um搶1P沫4M半log柄ic摔pro累ces盲s);Des滲ign艷ru余le藥(0.3羨5um災1P眨4M慶log和ic蹤蝶pro康ces賄s).65Mask苦to育oli年ng0.3科5um棟Lo股gic握Pr殊oce臉ssMas判kT點ool按ing分In撕for顆mat景ion66Brie根fDe傘sign塌Rul求e-FE寒OL67Bri險ef陵Des愉ign僚Ru爪le-撿BEO引L680.35商um1沒P4M篇logi劑cpr配oces劑sde舒sign那rul壁ech原eck0.3業5um宗1P父4M伙log繞ic惡pro蠢ces亦sd饑esi土gn努rul溝eDesi句gnr級ule汽chec狡kda從ta69Devi獎ceP修erfo爬rman哥ce-HNMO駕Swi儲ndow群:po蘭lyC虧D:0.桐45-0辯.6um70Devi辟ceP嗽erfo脾rman厚ce-逢HPMO拍Swi秀ndow妨-po巾lyC騰D:0.呆45-0微.65u用m71Dev家ice喬Pe織rfo央rma廉nce欄-LN丈MOS名wi算ndo風w-嫩pol疲yC濕D:0木.32斥-0.車4um72Dev晃ice漏Pe獸rfo矛rma貞nce蝴-L來PMO屋Sw遲ind惡ow-知po削ly肯CD:犧0.3盯2-0淋.4u押m73Tha惱nks晨!!9、靜夜四湊無鄰，荒臭居舊業貧導。。4月-2杏34月-疊23Tues然day,內Apr垃il2絮5,2哲02310、雨中黃擔葉樹，燈顏下白頭人苗。。23:5緩1:4523:壇51:紡4523:5鼻14/2僻5/2每023瘋11吼:51獄:45巷PM11、以我而獨沈久末，愧君銀相見頻羊。。4月-2票323:5內1:4523:貝51Apr拴-2325-鋸Apr暢-2312、故人鞏江海別敬，幾度交隔山川麥。。23:銹51:辨4523:5尿1:4523:浩51Tues猾day,睜Apr歲il2抹5,2視02313、乍見翻明疑夢，相懸悲各問年蘆。。4月-喚234月-2頌323:奪51:萄4523:5秘1:45Apri土l25健,20宅2314、他鄉生繁白發，舊腹國見青山各。。25飄四月陪202冊311:5歷1:45譯下午23:巧51:博454月-2柏315、比不了催得就不比蟲，得不到供的就不要超。。。四月偵2311:5斤1下午4月-2竄323:根51Apr粗il涉25,李20搖2316、行動衰出成果櫻，工作宮出財富話。。202段3/4千/25毫23角:51探:4523:甜51:滾4525A柄pril旬202數317、做前，汪能夠環視艙四周；做警時，你只仆能或者最復好沿著以繼腳為起點頁的射線向淺前。。11:5耕1:45摧下午11:智51尸下午23:5加1:454月-2時39、沒有析失敗，渠只有暫城時停止金成功！寇。4月-2妙34月-巷23Tues賤day,艇Apr削il2瘡5,2合02310、很多溪事情努膛力了未縱必有結網果，但糠是不努搏力卻什勢么改變挖也沒有煮。。23:5枕1:4523:5跪1:4523:稼514/25怪/202伶311嫁:51:燒45P傲M11、成功鍵就是日自復一日宜那一點立點小小左努力的斯積累。螞。4月-陳2323:5擾1:4523:匙51Apr-梨2325-A劍pr-2金312、世間成頓事，不求紐奉其絕對圓碎滿，留一稅份不足，恒可得無限蜓完美。。23:滿51:簽4523:宿51:怒4523:5巖1Tues澆day,梯Apr建il2慶5,2段02313、不知旺香積寺紅，數里毀入云峰沙。。4月-2焦34月-旬2323:果51:遲4523:鄭51:膨45Apr駝il宣25,紡20雖2314、意志責堅強的儲人能把卵世界放矛在手中晝像泥塊柄一樣任椅意揉捏窮。25裹四月抓202稻311:燦51:繁45獎下午23:墾51:半454月-2傭315、楚塞朗三湘接條，荊門豆九派通姜。。。四月2狼311:浮51顧下午4月-2沸323:5照1Apri離l25淋,20許2316、少年十謊五二十時干，步行奪安得胡馬騎溫。。202錘3/4染/25