CMOS的制造(工艺)流程.docx

CMO坂相器的制造工艺流程院系：交通科学与工程学院学号： 11131066姓名：姬勃2013 年 12 月 9 日种主要的制造工艺为基础文章介绍了 CMOS 反相器的主要工艺流程，并对集成电路的主要制造工艺作了简要分析关键词：CMO阪相器、工作原理、工艺流程1.1 CMOS 反相器介绍CMOS 反相器由一个 P 沟道增强型 MOS 管和一个 N 沟道增强型 MOS管串联组成通常P沟道管作为负载管，N沟道管作为输 入 管这种配置可以大幅降低功耗，因为在两种逻辑状态中，两 个晶 体管中的一个总是截止的处理速率也能得到很好的提高，因为与 NMOS 型和 PMOS 型反相器相比， CMOS 反相器的电 阻相对较低两个 MOS 管的开启电压 VGS(th)P<0, VGS(th)N >0,通常为了保 证正常 工作，要求VDD>|VGs(th)pl+VGS(th)N若输入V为低电平(如0V),贝u负载管 导通，输入管截止，输出电压接近 Vdd若输入VI为高电平(如 VDD ),则输入管导通，负载管截止，输出电压接近 0V综上所述，当V为低电平时V为高电平；V为高电平时V为低电平，电路实现了非逻辑运算，是非门 反相器1.1 CMOS 的制造流程CMOS 是集成电路的最基本单元，它的制作流程可分为前段和后段，前段 流程主要完成 元件的制作，包括组件隔离区的形成、阱的植入、栅极的制成、 LDD 的植入、源极和漏极的 制成。

后段流程主要完成元件之间的互连，包括第 一层金 届的制成、第二层金届的制成、保 护层和焊垫的制成以 0.25 微米制 程为例，具体分为以下步骤1.1.1 组件隔离区的形成1.初始活洗 初始活洗就是将晶圆放入活洗槽中，利用化学或物理的方 法将在晶圆表面的 尘粒，或杂质去除，防止这些杂质尘粒，对后续的制程造成影响，使得组件无正常工作表 2.1 是半导体制程中所用到的标准活洗步骤表 2.1 半导体制程中所用到的标准清洗步骤囊化学溶剂 诘帰v曰清洗温 度度清除之污染物1H SO +H O (4:1)2 4 2 2120 C，、亠、k r有机污染物2D.l Water室温洗清3NHOH+HO+HO8090 C微尘4D.l WaterLici , Li r\ , Li /h •峠・n\至温洗清5HCL+H O +H O (1・1・5)2 2 2L\ I 1 A f ■8090 C金属离子6D.l Water至温,、.、i t洗清7HF+H O (1:50)21 i a # a至温,、.、h—t原生氧化层8D.l Water至温洗清2. 前置氧化图 2.2 为前置氧化示意图先长一层薄薄的二氧化硅，目的是为了降低后 续制程中的应 力，因为要在晶圆的表面形成一层厚的氮化硅，而氮化硅具有很 强的 应力，会影响晶圆表面 的结构，因此在这一层氮化硅及硅晶圆之间，加入 一层二 氧化硅减缓氮化硅的应力，因为氮 化硅具有拉力而二氧化硅具有张力，因此加入一层二氧化硅可以平■衡掉硅晶圆表面的应力。

■——I'StdSilicon Ej>i Layer P图 2.2 前置氧化3.沉积氮化硅图2.3为沉积氮化硅示意图利用PECVD的技术沉积氮化硅，用来隔绝 氧气 与硅的接 触，以定义出组件隔离的区域，使不被氮化硅所覆盖的区域，被氧化而形成组件隔离区离子布植--离子布植是将所需的注入元素(如石申)电离成正离子，并使其获得所需的 能量，以很快的速度射入硅芯片的技术而这个固体材料主要是由原子核和电子组成的图 2.3 沉积氮化硅4. 组件隔离区的光罩形成 图2. 4是组件隔离区的光罩形成示意图，利 用微影的技术，上光阻，将要氧化绝缘的区域的光阻去除，而定义出组件隔离区Silicon Efi Layer I图 2.4 组件隔离区的光罩形成5. 氮化硅的蚀刻图2.5是氮化硅的蚀刻示意图，将需要氧化区域的氮化硅利用活性离子蚀刻法去除接着再将光阻去除图 2.5 氮化硅的蚀刻6. 元件隔离区的氧化 图2.6是元件隔离区的氧化示意图，利用氧化技术，在组件隔离区长成一层厚厚的二氧化硅，形成组件的隔离区 注：氧化一二氧化硅(SiO2)的制作方法有:1.热氧化法;2.沉积法；3.阳极氧化法；4.氧离子注入氧化法。

其中较常用的热氧化法乂可分为 1.干氧化法；2.湿氧化法；3.纯水氧化法；4.掺氯氧化法而湿氧化法乂有普通湿氧氧化 法及氢氧合成湿氧化法瓦林顽笠Trmg 广'〃 瓦〃 N14OS T湖反标Silicon Epi LAV er PSil icon Substrate P*图2.6元件隔离区的氧化7. 去--除--氮-化硅图2.7是去除氮化硅示意图，利用活性离子蚀刻技术将氮化硅去除 « B. B. S i ■■—- ■ _ _ _ _二 _ „ ■= - -- - _ _『一~一 一-f_ — -Fu： ure ?MC5 Transistor • 产 luture Transistor•尸JSilicon Epi Liyer P*Silicon Sub八tate P图2.7去除氮化硅1.1.2阱的植入1・N型阱的形成图2.8是N型阱的形成示意图，将光阻涂在芯片上之后，利用微影技术，将所要形成 的N型阱区域的图形定义出来，即将所要定义的 N型阱区域的光阻去除掉利用离子布植的技术，将磷打入晶圆中，形成N型阱图2.8 N型阱的形成2.P型阱的形成图 2.9 是 P 型阱的形成示意图，将光阻涂在芯片上之后，利用微影技术， 将所要形成 的 P 型阱区域的图形定义出来，即将所要定义的 P 型阱区域的光阻 去除掉。

利用离子布植 的技术，将硼打入晶圆中，形成 P 型阱接着再利用有 机溶剂将光阻去除硅予以去除ti'i ■ anilMI1 Silicon Epi Layer P图 2.11 去除二氧化硅1.1.3 栅极的制成1.栅极(gate)氧化层的形成图2.12是栅极(gate)氧化层的形成示意图，利用热氧化形成良好品质的二氧化硅，作 为栅极的氧化层，此道步骤为制作 CMOS的关键步骤Silicon Epi Layer ?SiliconSubstrateP*图2.12栅极(gate)氧化层的形成2. 多晶硅的沉积图2.13是多晶硅的沉积小意图，利用LPCVD的技术沉积多晶硅在晶圆表 面，以达到在 闸极的区域有好的电性接触点注：LPCVD--低压化学气相沉积低压化学气相沉积是在炉管中完成的，是将气体反应 物通入炉管中，加以反应形成所需的物质在芯片上PdvsiliccnlIBIIIalllc Illllii ai ■ II ■ i n ii ij I • in ■ ■ i -*'■■■ H i ■ ■ ■ iaan i i ■ n 1 ■ ■ ■ 1 ■■■ 1! ■ ■I ■■ ■ 1 1 ・・ 1 l'ii"B”Bir«"n i ui ■*J J) JpFh z「.con[EpiLayer.Silicon SubstraTe P*图 2.13 多晶硅的沉积3. 栅极光罩的形成图2.14是栅极光罩的形成示意图，先上光阻，再利用微影技术 将栅极的区域定义出来SiLcofi Epi Layer FSilicon Substrate P~图 2.14 栅极光罩的形4. 活性离子蚀刻图2.15是活性离子蚀刻示意图，利用活性离子蚀刻将栅极区域以 外，再用LPCVD所成长的多晶硅及在形成栅极时所生长的二氧化硅给蚀刻。

图2.15活性离子蚀刻5.热氧化图 2.16是热氧化示意图，利用氧化技术，在晶圆表面形成一 层氧化层图2.16热氧化1.1.4 LDD的植入1.NLDD植入图2.17是NLDD植入示意图首先上光阻，利用微影技术将NMOS的源 极及漏极区域的光罩形成之后，在NMOS的源极和漏极(source and drain)#入一层很薄的LDD，然后去光阻注：在次微米MOS中要用低掺杂漏极(LDD)来抑制热载流子效应•，因 为热载流子效应 会导致元件劣化且影响晶片的可靠度LDD为高浓度的source and drain提供了一个扩散缓 冲层，抑制了热载流子效应图2.17 NLDD植入3. PLDD植入图2.18是PLDD植入示意图，首先上光阻，利用微影技术将PMOS的源极及漏极区域的光罩形成之后，•在PMOS的源极和漏极同样植入一层很薄的LDD ,然后去光阻图2.18 PLDD植入1.1.5源极及漏极的形成1.沉积氮化硅图2.19是沉积氮化硅示意图，用化学气相沉积方法沉积一层氮化硅图 2.19 沉积氮化硅2.蚀刻氮化硅 图 2.20 是蚀刻氮化硅示意图，蚀刻掉氮化硅，但会在侧 壁留下一些残余物，被称为 spacer 0图 2.20 蚀刻氮化硅3.NMOS 的源极及漏极区域制成图 2.21 是 NMOS 的源极及漏极区域制成示意图，首先上光 阻，利用微影技术将 NMOS 的源极及漏极区域的光罩形成之后，再利用离子布植技术 将砰元素打 入源极 及漏极的区域，接着做退火的处理图2.21 NMOS的源极及漏极区域制成4.PM0S的源极及漏极的制成 图2・22是PMOS的源极及漏极的制成示意图，首先利用微影技术将PMOS的源极及漏极区域的光罩形成(p-channel Source/Drain Mask)之后，再 利用离子布 植的技术将硼元素打入源极及漏极的区域。

5.沉积Ti并形成TiSi2图2.22 PMOS的源极及漏极的制成图2.23沉积Ti并形成TiSi26・Ti的蚀刻图2・24是Ti的蚀刻示意图，把栅极侧壁的Ti蚀刻掉图2.24 Ti的蚀刻1.1.6第一层互连的制作1.沉积含硼磷的氧化层（BPSG）图2.25是沉积含硼磷的氧化层（BPSG ）示意图，由于加入硼磷的氧化层熔点会比 较低，当其加热后会有些微流动的性质，所以可以利用其来做初级平坦化图2.25沉积含硼磷的氧化层（BPSG）2・第一层接触金届之接触洞之形成图2・26是第一层接触金届之接触洞之形成示意图，上光阻之后，利用微影技术将第一层接触金届的光罩形成再利用活性离子蚀刻将接触点上的材料去掉（Contact RIEEtch），去掉光阻，再将晶圆放置丁加热炉管中，升高温度，使ASG产生些微的流动，即 初级平■坦化图 2.26 第一层接触金属之接触洞之形成3.形成TiN层图2.27是形成TiN层示意图，利用溅镀的技术，溅镀上一层 TiNSili con SiibstratR P*图 2.27 形成 TiN 层4.沉积鸨图2.28是沉积鸨示意图，沉积鸨并添满接触洞，然后用CMP （化学机械 研磨） 的方法去掉表面的车乌。

图 2.28 沉积鸨5.第一层金届的制成图 2.29 是第一层金属的制成示意图，利用溅镀的技术，溅镀上一层铝金属但在铝的上下表面也要做Ti/TiN层图 2.29 第一。