典型的CMOS制造工艺流程在线视频

各位同学大家好

今天我们来学习第十章工艺集成

所谓的工艺集成就是指把我们以前学习的

各种加工技术以及工艺模块集成起来

形成一个完整的产品制造流程

让我们先看第一节典型的CMOS工艺集成

典型的CMOS工艺集成电路制造流程

大致可以分为两部分

一部分首先是frond-end-process

就是用来制造CMOS器件

再一个就是back-end-process

用来制造器件之间的互连线的

这一张图给出了CMOS

集成电路剖面结构和主要的加工步骤

那我们看第一步

第一步是利用高能离子注入

分别为PMOS和NMOS器件制造N阱和P阱

第二步是加工器件之间隔离所需要的STI

shallow trench isolation

其实第一步和第二步之间的次序不是绝对的

可以倒过来

还有第三步是形成CMOS器件的栅

那包括栅介质的制备

栅线条的光刻和刻蚀

这一步是咱们集成所有的技术里头

工艺技术要求最高的一步

那么因为它这个栅线条是所有最细一个

那么栅介质我们以前也说过

只有两三个纳米的厚度

第四步是利用这个

利用栅掩蔽形成自对准的源漏轻掺杂区

第五步是形成栅两侧的Si3N4 spacer层

第六步是利用带spacer层

这个栅作为隐蔽

那么来注入形成自对准的源漏接触掺杂区

第七步和第八步制备自对准硅化物

形成欧姆接触区和局部互连

那么可以看到第四步第五步第六步第七步

加起来呢

那么就是我们以前介绍的工艺模块

那一节介绍的Salicide工艺模块

那么这以前所有的工艺

就是我们所说的frond-end-process到这一步

我们就把器件制造好了

那么从第九步开始

就是要做互连线

就是所谓的back-end-process

完成一层金属镀线的工艺

包括层间介质的淀积

通孔和线槽的刻蚀金属填充CMP等等

这些我们在工艺模块中

大马士革工艺模块那一节

已经做了详细的介绍

那么现在集成电路CMOS器件的

个数已经达到这个10亿的量级

而且每个器件有三个引出端

需要多层的立体互连网络来实现互连

那么互连的层数往往10层左右

所以呢back-end-process基本上就是这样一层一层做上去

那么重复这个大马士革工艺

那么在工艺集成中

有一些共性这个事情呢是要注意的

一个呢是后续的工艺

不能影响已经形成的材料和掺杂结构的稳定

所以原则上讲后续工艺的温度

或者是温度时间乘积

也就是我们所说thermal budget

要低于前面的工艺

那么前面工艺的掺杂

要尽可能采用扩散系数小这样一个掺杂元素

那么这样的话在后续热处理

这个掺杂分布就不容易变化

再有前面的工艺要尽可能采用稳定的

这个材料结构

这是第一要注意的问题

第二要注意的问题呢

我们要控制整个工艺流程这个thermal budget

对于前步工艺呢形成的掺杂结构

后步工艺对这个掺杂分布的影响要考虑在内

就是说一方面要尽可能减少影响

另外一个方面如果这个影响不可消除的时候

我就事先要考虑进去这是第二个原则

第三个原则呢就是要尽量避免引入

像钠钾铂金啊等等这些快扩散的元素和

重金属元素

实在不可避免的时候

那么就要做一个隔离层

你譬如说大马士革工艺里头讲的

那么我们布线一定要用铜不能用铝

那么铜实际上在介质和半导体都是快扩散

如果一定要用铜怎么办

我要加一层阻挡层

那么这是工艺集成要注意的一些共性问题

那这样让我们看一下

一个典型的CMOS集成电路

整个制造的过程的

那么这里头涉及整个流程

实际上我们在工艺模块大部分讲到了

所以这里简单在给同学们过一下

那么我们要做一个集成电路

从wafer衬底开始

我们第一步实际上要做他的隔离

所谓的STI 那么STI制造这个过程

大概是在衬底上我们先找一层

二氧化硅的这个垫层

然后找一层氮化硅

这个氮化硅将来是作为刻蚀的掩膜的

我们光刻我们有源区的图形

那么刻蚀氮化硅图形

以及利用氮化硅刻出这个浅槽

在硅上刻出这个浅槽

刻出这个浅槽之后

我们要先用热氧化找一层质量好的二氧化硅

那么这样使的浅槽隔离的介质和硅之间呢

有一个良好的界面

氧化好了之后我们就用CVD的办法

淀积二氧化硅之后

用CMP的抛光

那么CMP我们可以利用这个氮化硅层

作为CMP的截至层

用这个湿法腐蚀把这个氮化硅去掉

这样的话我们就完成了这个浅槽隔离这一步

这样有效定义好了

我们在这个硅面上

哪个区域是有源区

将来可以做这个CMOS器件

哪些区域是隔离区

这个完成之后实际上要做N阱和P阱

那么N阱和P阱分别保护

分别用高能离子注入

就可以做N阱和P阱

那么做完N阱和P阱之后

我们做沟道的掺杂

那么器件的沟道掺杂

是一个很复杂的一个结构

总得来说它要使的沟道这个掺杂元素

能够以我们需要的器件的阈值电压相匹配

同时呢我要准备沟道尽量不要向下扩展

因为沟道的话将来向下扩展的时候

会引起器件穿通

所以做一系列的多层这样一个注入

那么防穿通的注入

沟道掺杂的注入

这些我们都做完阱之后

多次注入来完成

那么N管和P管都对应做这些工作

这样的话我们就完成了N阱和P阱

以及相应的沟道注入

这个完成之后我们就要做栅

做栅的时候刚才就是说

首先要做一层薄栅介质

栅介质只有几个纳米的厚度

之后在上面做掺杂这个多晶硅

那么这个多晶硅之后呢

我们要做光刻和刻蚀

这个光刻和刻蚀主要的要求是

光刻的时候线条非常细

你比如说我们的22纳米工艺

22纳米工艺的话

它的栅宽只有22纳米

栅的厚度有几百个纳米

而且呢将来的刻蚀的时候

要做很陡直的刻蚀

刻蚀完了之后我要停在几纳米这个栅介质上

那么这个是栅的形成

一旦栅形成了之后

就是我们的Salicide工艺模块

他的制作过程

首先我利用已经形成的栅作为掩蔽

来做extension

源漏轻掺杂层成这样一个注入

那么我注P管的时候

我用光刻胶把N管保护

然后我做完这个P管之后

我用光刻胶把这个P管保护来做N管这个注入

之后呢我们有的时候

为了防止这个器件的穿通

我们还可以做一些Halo结构的注入

我们有可能利用这样一个栅

做一些倾斜这个注入

那么注入了之后

我们就要这个做这个侧墙

那么做这个侧墙这个spacer层

它这个流程是首先

淀积一层conformal也就是各向同性氮化硅

氮化硅淀积好了之后

我利用反应离子刻蚀的

RIE各向异性的刻蚀

使的把这个栅的表面和源漏表面

这个氮化硅把它刻蚀掉

而把栅侧面的这个氮化硅保留

这样就完成了Spacer层的加工

这个将来是要起到栅和源漏

这个接触之间这个绝缘的

那么这个Spacer层完成了之后

我用带Spacer层这样一个栅来掩蔽

来做源漏接触区的自对准

那么这个接触区自对准做完之后

我们就完成了整个两次掺杂自对准这个过程

之后呢我们就是做这个硅化物

硅化物我们的做法就是淀积一层

要做硅化物的这个金属

你譬如说我们做钛硅化合物的话

那淀积一层钛

我们之后做合金

合金的时候呢

那么裸露出硅的部分

也就是这个栅这个表面以及源漏的表面

那么它就形成稳定的硅化物

那么其他的部分

你比如说在Spacer层的表面

以及在STI介质的表面

这个钛金属仍然是钛金属没有产生变化

之后我用比如 氢氟酸

与这个金属反应 那么就

把已经变成硅化物的钛硅化物保留下来

把这个金属这个钛就腐蚀掉

这样我们就形成自对准硅化物的材料

这个硅化物只是在栅这个上面和源漏

需要做欧姆接触的地方有

这样我们就完成了这个Salicide

工艺模块

Salicide 完成了之后

就是做第一层的这个接触淀积

那么我们首先淀积第一层的这个介质材料

然后刻第一层的孔

然后长一层这个黏附层

黏附层这个作用呢

就是使的因为这个接触材料

将来会是用CVD的钨来做

那么CVD的钨为了提高这个CVD钨

与这个介质层的这个可靠性

我们通常用TiN

作为一个黏附层先溅射一层TiN

之后呢我们CVD这个钨

CVD的钨之后呢CMP

这样我们就完成了第一层的这样一个接触

接触了之后

我们就是做一层一层的互连线

互连线很可能有十层

但是呢每一层这个制造流程

那么如果我们要用铜布线

就是上一节大马士革工艺讲的那个工艺步骤

那我们可以做一层一层的金属布线

一层一层做上去

这样就完成了整个CMOS

制造的整个工艺流程

让我们看一下相关的影像资料