第十七章-COMS-IC工艺流程课件.ppt
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- 第十七 COMS IC 工艺流程 课件
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1、电信学院微电子教研室半导体制造技术by Michael Quirk and Julian Serda目目 标标通过本章的学习,将能够:通过本章的学习,将能够:1.画出典型的亚微米 CMOS IC 制造流程图;2.描述 CMOS 制造工艺14个步骤的主要目的;4.讨论每一步 CMOS 制造流程的关键工艺。电信学院微电子教研室半导体制造技术by Michael Quirk and Julian SerdaCMOS工艺流程中的主要制造步骤工艺流程中的主要制造步骤Figure 9.1 Oxidation(Field oxide)Silicon substrateSilicon dioxideoxyge
2、nPhotoresistDevelopoxidePhotoresistCoatingphotoresistMask-WaferAlignment and ExposureMaskUV lightExposed PhotoresistexposedphotoresistSDActive RegionsSDsilicon nitrideNitrideDepositionContact holesSDGContactEtchIon ImplantationDGScanning ion beamSMetal Deposition and EtchdrainSDGMetal contacts Polys
3、iliconDepositionpolysiliconSilane gasDopant gasOxidation(Gate oxide)gate oxideoxygenPhotoresistStripoxideRF PowerIonized oxygen gasOxideEtchphotoresistoxideRF Power Ionized CF4 gasPolysiliconMask and EtchRF PowerIonized CCl4 gaspoly gateRF Power电信学院微电子教研室半导体制造技术by Michael Quirk and Julian Serda1.双井工
4、艺2.浅槽隔离工艺 3.多晶硅栅结构工艺4.轻掺杂漏(LDD)注入工艺5.侧墙的形成 6.源/漏(S/D)注入工艺7.接触孔的形成8.局部互连工艺9.通孔1和金属塞1的形成10.金属1互连的形成11.通孔2和金属2的形成12.金属2互连的形成13.制作金属3、压点及合金14.参数测试Passivation layerBonding pad metalp+Silicon substrateLI oxideSTIn-wellp-wellILD-1ILD-2ILD-3ILD-4ILD-5M-1M-2M-3 M-4Poly gatep-Epitaxial layerp+ILD-6LI metalVia
5、p+p+n+n+n+2314567891011121314CMOS 制作步骤 电信学院微电子教研室半导体制造技术by Michael Quirk and Julian Serda一、双井工艺一、双井工艺n-well Formation 1)外延生长)外延生长2)厚氧化生长)厚氧化生长 保护外延层免受污染;阻止了在注保护外延层免受污染;阻止了在注入过程中对硅片的过渡损伤;作为氧化物屏蔽层,有助入过程中对硅片的过渡损伤;作为氧化物屏蔽层,有助于控制注入过程中杂质的注入深度。于控制注入过程中杂质的注入深度。3)第一层掩膜)第一层掩膜4)n井注入(高能)井注入(高能)5)退火)退火312PhotoIm
6、plantDiffusion4PolishEtch5Thin Films5 um(Dia=200 mm,2 mm thick)PhotoresistPhosphorus implant312p+Silicon substratep-Epitaxial layerOxide5n-well4Figure 9.8 电信学院微电子教研室半导体制造技术by Michael Quirk and Julian Serdap-well Formation1)第二层掩膜)第二层掩膜2)P井注入井注入(高能高能)3)退火)退火Thin Films312PhotoImplantDiffusionPolishEtch
7、p+Silicon substrateBoron implantPhotoresist1p-Epitaxial layerOxide3n-well2p-wellFigure 9.9 电信学院微电子教研室半导体制造技术by Michael Quirk and Julian Serda二、浅曹隔离工艺二、浅曹隔离工艺STI 槽刻蚀1)隔离氧化层2)氮化物淀积3)第三层掩膜,浅曹隔离4)STI槽刻蚀(氮化硅的作用:坚固的掩膜材料,有助于在STI氧化物淀积过程中保护有源区;在CMP中充当抛光的阻挡材料。)Thin Films12PhotoPolishEtchImplantDiffusion34+Ion
8、sSelective etching opens isolation regions in the epi layer.p+Silicon substratep-Epitaxial layern-wellp-well3Photoresist2Nitride41OxideSTI trenchFigure 9.10 电信学院微电子教研室半导体制造技术by Michael Quirk and Julian SerdaSTI Oxide Fill1)沟槽衬垫氧化硅2)沟槽CVD氧化物填充12DiffusionPolishEtchPhotoImplantThin Filmsp-wellTrench fi
9、ll by chemical vapor deposition1Liner oxidep+Silicon substratep-Epitaxial layern-well2NitrideTrench CVD oxideOxideFigure 9.11 电信学院微电子教研室半导体制造技术by Michael Quirk and Julian SerdaSTI Formation1)浅曹氧化物抛光(化学机械抛光)2)氮化物去除Thin Films12DiffusionEtchPhotoImplantPolishp-well12Planarization by chemical-mechanical
10、 polishingSTI oxide after polishLiner oxidep+Silicon substratep-Epitaxial layern-wellNitride stripFigure 9.12 电信学院微电子教研室半导体制造技术by Michael Quirk and Julian Serda三、Poly Gate Structure Process 晶体管中栅结构的制作是流程当中最关键的一步,因为它包含了最薄的栅氧化层的热生长以及多晶硅栅的形成,而后者是整个集成电路工艺中物理尺度最小的结构。1)栅氧化层的生长2)多晶硅淀积3)第四层掩膜,多晶硅栅4)多晶硅栅刻蚀Th
11、in Films12DiffusionEtchPhotoImplantPolish34p+Silicon substrateGate oxide12p-Epitaxial layern-wellp-wellPolysilicon depositionPoly gate etch43Photoresist ARCFigure 9.13 电信学院微电子教研室半导体制造技术by Michael Quirk and Julian Serda四、轻掺杂;漏注入工艺四、轻掺杂;漏注入工艺 随着栅的宽度不断减小,栅下的沟道长度也不断减小。这就增加源漏间电荷穿通的可能性,并引起不希望的沟道漏电流。LDD工艺就
12、是为了减少这些沟道漏电流的发生。n-LDD Implant1)第五层研磨)第五层研磨2)n-LDD注入(低能量,浅结)注入(低能量,浅结)Thin Films12DiffusionEtchPhotoImplantPolishp+Silicon substratep-Epitaxial layern-wellp-welln-n-n-1Photoresist maskArsenic n-LDD implant2Figure 9.14 电信学院微电子教研室半导体制造技术by Michael Quirk and Julian Serdap-LDD Implant1)第六层掩膜)第六层掩膜2)P-轻掺杂
13、漏注入(低能量,浅结)轻掺杂漏注入(低能量,浅结)12DiffusionEtchPhotoImplantPolishThin Filmsp+Silicon substratep-Epitaxial layern-wellp-wellPhotoresist Mask1p-p-Photoresist mask1n-n-2BF p-LDD implant2p-n-Figure 9.15 电信学院微电子教研室半导体制造技术by Michael Quirk and Julian Serda五、侧墙的形成五、侧墙的形成 侧墙用来环绕多晶硅栅,防止更大剂量的源漏(S/D)注入过于接近沟道以致可能发生的源漏穿
14、通。1)淀积二氧化硅2)二氧化硅反刻12DiffusionEtchPhotoImplantPolishThin Films+Ionsp+Silicon substratep-Epitaxial layern-wellp-wellp-p-1Spacer oxideSide wall spacer2Spacer etchback by anisotropic plasma etcherp-n-n-n-Figure 9.16 电信学院微电子教研室半导体制造技术by Michael Quirk and Julian Serda六、源六、源/漏注入工艺漏注入工艺n+Source/Drain Implan
15、t1)第七层掩膜2)n+源/漏注入Thin Films12DiffusionEtchPhotoImplantPolishp+Silicon substratep-Epitaxial layern-wellp-welln+Arsenic n+S/D implant2Photoresist mask1n+n+Figure 9.17 电信学院微电子教研室半导体制造技术by Michael Quirk and Julian Serdap+Source/Drain Implant1)第八层掩膜2)P源漏注入(中等能量)3)退火12DiffusionEtchPhotoPolishThin FilmsImp
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