(第九章)工艺集成

5. 侧墙形成工艺
侧墙工艺目的：侧墙用来环绕多晶硅栅侧壁掩蔽大 剂量的S/D注入以免其接近沟道导致源漏穿通。 1. 淀积二氧化硅：LPCVD法，厚度1000Å 2. 二氧化硅反刻

6. 源/漏（S/D）注入工艺
N＋源漏注入步骤 1. 第七次光刻：光刻N＋源/漏注入区，不去胶 2. N＋源/漏注入: 中等剂量注As
制作金属塞1的主要步骤 金属塞的作用：完成金属线之间的电连接。 1. 金属钛Ti的淀积：溅射Ti 2. 氮化钛TiN淀积：在溅射Ti后不出工艺腔直接溅射 TiN 3. 钨淀积：CVD法 4. 钨磨抛


钨互连LI和钨塞的SEM照片
10. 金属1互连的形成

制作金属1互连的步骤
1. 金属钛阻挡层淀积：溅射Ti，此步Ti的作用①在钨 塞与后续铝金属之间有良好的粘合；②提高金属叠 加结构的稳定性
4.பைடு நூலகம்钨磨抛

局部互连LI 工艺－大马士革
9. 通孔1和金属塞1的形成


层间介质ILD（InterLayer Dielectric）的作用：做为 各层金属之间以及第一层金属与硅之间的绝缘介质 材料以隔离各层金属、多晶硅或硅导电层。 制作通孔1的主要步骤
1. 第一层层间介质氧化物的淀积：APCVD或PECVD 法 2. 第一层层间介质CMP：抛光后氧化层的厚度约 8000Å 3. 第十次光刻：光刻通孔1，通孔1的刻蚀
习 题
第九章（书中第9章）： 13、 16、19、25 、26、 28、35 附加题 1.在基本的CMOS IC技术中，P阱的作用是什么？ 2. 在先进的0.18um CMOS工艺中，什么是轻掺杂漏 (LDD)注入？它的作用是什么？


CMOS简要工艺流程

CMOS简要工艺流程（续）

CMOS简要工艺流程（续）
9.2 先进的0.18μm CMOS集成电路工艺技术
1. 双阱工艺 2. 浅槽隔离工艺 3. 多晶硅栅结构工艺
4. 轻掺杂漏（LDD）工艺
5. 侧墙形成工艺
6. 源/漏（S/D）注入工艺
7. 接触形成工艺
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和金属塞2的形成
2. 浅槽隔离工艺

局域氧化LOCOS隔离的缺点 ①LOCOS隔离技术存在鸟嘴，浪费有源区面积影响 集成度 ②横向尺寸不能精确控制。
2. 浅槽隔离工艺 浅槽隔离STI（Shallow Trench Isolation）工艺目的： 把硅片上的各个晶体管进行电隔离。 STI槽刻蚀步骤 1. 薄氧生长：厚度150Å 作用：在去掉上面氮化硅时 保护有源区以防被腐蚀。
钛金属接触的主要步骤 1. 钛淀积：溅射钛 2. 退火：700℃以上形成硅化钛TiSi2，硅化钛的电阻 率比钛低很多 3. 刻蚀金属钛：湿法腐蚀未反应的Ti，所有有源区 上都保留TiSi2 钛Ti的优点： ①使硅和随后淀积的金属紧密地结合 ②Ti的电阻率低，且与硅反应生成TiSi2的电阻率更 低。
4. 轻掺杂漏（LDD）工艺 轻掺杂漏（LDD）工艺目的：减小源漏间的穿通和 沟道漏电，提高源漏击穿电压。 1. 第五次光刻：光刻N－LDD注入区，不去胶。 2. N－LDD注入：低能量注入As，As的作用①分子量 大利于表面非晶化，②慢扩散杂质在后续的热处理 中利于维持浅结

P－轻掺杂漏注入步骤 1. 第六次光刻：光刻P－LDD注入区，不去胶 2. P－LDD注入：低能量注入BF2， BF2的作用①比硼 的分子量大利于表面非晶化，②比硼的扩散系数 低在后续的热处理中利于维持浅结
12. 金属2互连的形成
13. 制作金属3直到制作压点及合金
14. 参数测试
1. 双阱工艺


N阱的形成步骤 1. 外延生长：φ8英寸、P－外延/P＋衬底、外延层厚 度约5.0μm、片厚约2.0mm 2. 薄氧氧化：厚度150Å 作用 ①表面保护以免沾污 ②减小注入损伤③有助于减轻注入沟道效应
13. 制作金属3直到制作压点及合金

多次重复11和12完成金属3至金属4的形成工艺 淀积顶层二氧化硅和顶层氮化硅做为表面钝化复合 介质 第十八次光刻：光刻压焊窗口 合金化


Full 0.18 μm CMOS Cross Section

AMD处理器剖面SEM照片

14. 参数测试 探针台测试Prober
制作局部互连金属的步骤 1. 金属钛Ti的淀积：溅射Ti，作用：充当钨与二氧化 硅的粘合剂

2. 氮化钛TiN淀积：与Ti溅射使用一台设备，在溅射 Ti后不出工艺腔直接溅射TiN，氮化钛就是阻挡层 金属 阻挡层金属形成的工艺目的：阻挡后续淀积的金 属钨的扩散，提高器件的可靠性 3. 钨淀积：CVD法，钨的作用①比溅射铝有更好的 孔填充，形成钨塞；②具有良好的磨抛特性



3. 第一次光刻：光刻N阱注入区，不去胶，光刻 胶阻挡注入。 4. N阱磷注入（连续三次）：①倒掺杂注入以减 小CMOS器件的闭锁效应，能量高200KEV、结深 1.0μm左右②中等能量注入以保证源漏击穿电压③ 小剂量注入以调整阈值电压。 5. 退火 作用①杂质再分布②修复注入损伤③注 入杂质电激活
2. 淀积铝铜合金Al－Cu（1％） 3. 淀积氮化钛TiN：溅射法，作用：充当光刻中的抗 反射层 4. 第十一次光刻：光刻金属1，刻蚀金属1

金属1的SEM照片
11. 通孔2和金属塞2的形成 制作通孔2的主要步骤 1. ILD－2氧化硅的间隙填充：HDCVD法 2. ILD－2氧化硅淀积：PECVD法 3. ILD－2氧化硅抛光 CMP 4. 第十二次光刻：光刻通孔2，通孔2的刻蚀
第九章
集成电路制造工艺集成
9.1 引 言


工艺集成 前面第二～八章分别介绍了氧化、扩散/离 子注入、淀积、光刻、刻蚀、金属化以及 化学机械抛光，这些都是单项工艺，这些 单项工艺的组合称为工艺集成。 不同的工艺集成形成了不同的集成电路制 造技术。
双极型 MOS型 BiMOS

硅片制造厂的分区 硅片制造厂分成6个独立的生产区：扩散（包括 氧化、热掺杂等高温工艺）、光刻、刻蚀、薄 膜（包括APCVD、 LPCVD、 PECVD、溅射 等）、离子注入和抛光（CMP）。

制作金属塞2的主要步骤 1. 金属钛Ti的淀积：溅射Ti 2. 氮化钛TiN淀积：在溅射Ti后不出工艺腔直接溅射 TiN 3. 钨淀积：CVD法 4. 钨磨抛

12. 金属2互连的形成 1. 金属钛阻挡层淀积：溅射Ti 2. 淀积铝铜合金Al－Cu（1％） 3. 淀积氮化钛TiN：溅射法 4. 第十三次光刻：光刻金属2，刻蚀金属2
2. 氮化硅淀积：LPCVD淀积，作用：做CMP的阻挡 层，保护有源区免受CMP的过度抛光
3. 第三次光刻：光刻浅槽隔离区
4. STI槽刻蚀：RIE刻蚀，槽深1.0μm左右
STI氧化物填充步骤 1. 沟槽衬垫氧化硅生长：厚度150Å 作用：改善硅与 沟槽填充氧化物之间的界面特性。 2. 沟槽CVD氧化物填充：LPCVD方法

多晶硅掺杂：也可以原位掺杂，作用：形成导电 的栅电极 3. 第四次光刻：光刻多晶硅栅，DUV深紫外步进式 光刻机曝光，多晶硅上涂抗反射层（ARC），随 后进行特征尺寸、套刻精度、缺陷等质量检查。 4. 多晶硅栅刻蚀：用最好的RIE刻蚀机，保证垂直的 侧壁

注意：从栅氧生长到多晶硅要连续进行以免硅片 沾污等其它问题

8. 局部互连工艺 局部互连LI（Local Interconnect）工艺目的：形成金 属布线与器件之间的连接。该工艺称为大马士革。 形成局部互连氧化硅介质的步骤 1. 淀积氮化硅：PECVD法，作用：保护有源区以防后 续掺杂二氧化硅中的杂质向有源区扩散。

2. 掺杂二氧化硅BPSG的淀积：PECVD或HDCVD法， 快速热退火：使BPSG回流 3. 二氧化硅抛光CMP：抛光后氧化层的厚度约8000Å 4. 第九次光刻：光刻局部互连区（引线孔），局部 互连区刻蚀

STI氧化层抛光－氮化物去除步骤 1. 沟槽氧化物抛光CMP 2. 氮化硅去除：热磷酸煮

3. 多晶硅栅结构工艺 该工艺是工艺流程中的最关键工艺！！因为①它包 括最薄、质量最好的栅氧化层的热生长！②多晶硅 栅的线宽是整个硅片上的特征尺寸！ 1. 栅氧化层的生长：厚度20～50Å ，形成MOS管的栅 电极介质 2. 多晶硅淀积：LPCVD法，厚度5000Å



P阱的形成步骤 1. 第二次光刻（用N阱的反版）：光刻P阱注入区， 不去胶。 2. P阱硼注入（连续三次） ：①倒掺杂注入以减小 CMOS器件的闭锁效应，结深1.0μm左右②中等能量 注入以保证源漏击穿电压③小剂量注入以调整阈值 电压。

3. 退火 作用同“N阱的形成”。 形成N阱和P阱的工艺目的：确定PMOS和NMOS 管的有源区（即源区、栅区和漏区）。

P＋源漏注入步骤 1. 第八次光刻：光刻P＋源/漏注入区，不去胶 2. P＋源/漏注入: 中等剂量注硼 3. 退火：快速热退火RTP，温度1000℃，时间几秒， RTP的作用：①减小注入深度的推进，②其它同 普通的热退火

7. 接触形成工艺

接触形成工艺目的：在硅片所有的有源区上形成金 属接触使硅和随后淀积的导电材料更紧密的结合， 降低欧姆接触电阻。