CMOS工艺流程和MOS电路版图举例156页PPT
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43
P阱
N阱
推阱
– 退火驱入，双阱深度约1.8μm – 去掉N阱区的氧化层
44
形成场隔离区
– 生长一层薄氧化层 – 淀积一层氮化硅
– 光刻2场隔离区，非隔离区被光刻胶保护起来
– 反应离子刻蚀氮化硅 – 场区硼离子注入以防止场开启 – 热生长厚的场氧化层 – 去掉氮化硅层
45
光刻胶
31P+
11B+
48
形成N管源漏区
– 光刻6，利用光刻胶将PMOS区保护起来 – 离子注入磷或砷，形成N管源漏区
形成P管源漏区
– 光刻7，利用光刻胶将NMOS区保护起来 – 离子注入硼，形成P管源漏区
49
形成接触孔
– 化学气相淀积BPTEOS硼磷硅玻璃层 – 退火和致密 – 光刻8，接触孔版 – 反应离子刻蚀磷硅玻璃，形成接触孔
22
2) 清华工艺录像
N阱硅栅CMOS 工艺流程
23
初始氧化
24
光刻1，刻N阱
25
N阱形成
N阱
26
Si3N4淀积
Si3N4
N阱
P-Si SUB
缓冲用SiO2
27
光刻2，刻有源区，场区硼离子注入
有源区
有源区 N阱
28
场氧1
N阱
29
光刻3
N阱
30
场氧2
N阱
31
栅氧化，开启电压调整
栅氧化层 N阱
CMOS工艺流程与MOS电路版图举例
1. CMOS工艺流程 1) 简化N阱CMOS工艺演示flash 2) 清华工艺录像：N阱硅栅CMOS工艺流程 3) 双阱CMOS集成电路的工艺设计 4) 图解双阱硅栅CMOS制作流程 2. 典型N阱CMOS工艺的剖面图 3. Simplified CMOS Process Flow 4. MOS电路版图举例
Plasma Enhanced TEOS ：tetraethylorthosilicate [Si-(OC2H5)4] -- 通过化学机械抛光进行平坦化
– 光刻穿通接触孔版
– 反应离子刻蚀绝缘层，形成穿通接触孔
形成第二层金属
– 淀积金属层，如Al-Si、Al-Si-Cu合金等
– 光刻10，第二层金属版，定义出连线图形
形成N阱
– 初始氧化，形成缓冲层，淀积氮化硅层
– 光刻1，定义出N阱
– 反应离子刻蚀氮化硅层 – N阱离子注入，先注磷31P+ ，后注砷75As+
42
N阱 P sub. 〈100〉
形成P阱
– 在N阱区生长厚氧化层，其它区域被氮化硅 层保护而不会被氧化
– 去掉光刻胶及氮化硅层 – P阱离子注入，注硼
– 反应离子刻蚀，形成第二层金属互连图形
53
合金 形成钝化层
– 在低温条件下(小于300℃)淀积氮化硅 – 光刻11，钝化版 – 刻蚀氮化硅，形成钝化图形
测试、封装，完成集成电路的制造工艺
CMOS集成电路采用(100)晶向的硅材料
54
4) 图解双阱硅栅 CMOS制作流程
55
首先进行表面清洗，去除wafer 表面的保护层和 杂质，三氧化二铝 必须以高速粒子撞击，并 用化学溶 液进行清洗。
阈值电压调整注入 光刻3，VTP调整注入 光刻4，VTN调整注入
46
P阱
N阱
形成多晶硅栅（栅定义）
– 生长栅氧化层 – 淀积多晶硅 – 光刻5， 刻蚀多晶硅栅
47
形成硅化物
– 淀积氧化层 – 反应离子刻蚀氧化层，形成侧壁氧化层（spacer, sidewall） – 淀积难熔金属Ti或Co等 – 低温退火，形成C-47相的TiSi2或CoSi – 去掉氧化层上的没有发生化学反应的Ti或Co – 高温退火，形成低阻稳定的TiSi2或CoSi2
32
多晶硅淀积
栅氧化层
多晶硅 N阱
33
光刻4，刻NMOS管硅栅， 磷离子注入形成NMOS管
NMOS管硅栅
用光刻胶做掩蔽 N阱
34
光刻5，刻PMOS管硅栅， 硼离子注入及推进，形成PMOS管
用光刻胶做掩蔽
PMOS管硅栅
N阱
35
磷硅玻璃淀积
磷硅玻璃 N阱
36
光刻6，刻孔、磷硅玻璃淀积回流 （图中有误，没刻出孔)
15
P+离子注入
P+
掩膜版
光刻4，刻P+离子注入掩膜版
N阱
16
N+离子注入
N+ 光刻5，刻N+离子注入掩膜版
N阱
17
生长磷硅玻璃PSG
PSG
N阱
18
光刻接触孔
光刻6，刻接触孔掩膜版
N阱
N+
P+
19
刻铝
光刻7，刻Al掩膜版 Al
N阱
20
刻铝
VSS
Vo
VDD
N阱
21
钝化层 N阱
光刻8，刻压焊孔掩膜版
50
形成第一层金属
– 淀积金属钨(W)，形成钨塞
51
形成第一层金属
– 淀积金属层，如Al-Si、Al-Si-Cu合金等 – 光刻9，第一层金属版，定义出连线图形 – 反应离子刻蚀金属层，形成互连图形
52
正硅酸乙脂（TEOS）分解 650～750℃
形成穿通接触孔
– 化学气相淀积PETEOS, 等离子增强正硅酸四乙酯热分解
2
1) 简化N阱CMOS 工艺演示
3
氧化层生长
氧化层 P-SUB
光刻1，刻N阱掩膜版
4
掩膜版
曝光
光刻胶 光刻1，刻N阱掩膜版
5
氧化层的刻蚀Hale Waihona Puke 光刻1，刻N阱掩膜版6
N阱注入
光刻1，刻N阱掩膜版
7
形成N阱
N阱 P-SUB
8
氮化硅的刻蚀
二氧化硅
掩膜版
N阱
光刻2，刻有源区掩膜版
9
场氧的生长
二氧化硅
掩膜版 氮化硅
光刻2，刻有源区掩膜版
N阱
10
去除氮化硅
光刻3，刻多晶硅掩膜版
FOX N阱
11
重新生长二氧化硅（栅氧）
场氧
光刻3，刻多晶硅掩膜版
栅氧
N阱
12
生长多晶硅
多晶硅 N阱
光刻3，刻多晶硅掩膜版
13
刻蚀多晶硅
掩膜版
光刻3，刻多晶硅掩膜版
N阱
14
刻蚀多晶硅
多晶硅 N阱
光刻3，刻多晶硅掩膜版
N阱
37
蒸铝、光刻7，刻铝、 光刻8，刻钝化孔
（图中展示的是刻铝后的图形）
Vin
VSS
NMOS管硅栅
磷硅玻璃
PMOS管硅栅 Vo
VDD
硼注入
P-SUB
N阱
磷注入
38
离子注入的应用
39
40
N阱硅栅CMOS工艺流程
41
3) 双阱CMOS集成电路的工艺设计
磷31P+
–砷75As+
P sub. 〈100〉
CMOS工艺流程和MOS电 路版图举例
26、机遇对于有准备的头脑有特别的 亲和力 。 27、自信是人格的核心。
28、目标的坚定是性格中最必要的力 量泉源 之一， 也是成 功的利 器之一 。没有 它，天 才也会 在矛盾 无定的 迷径中 ，徒劳 无功。- -查士 德斐尔 爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿．丘吉 尔。 30、我奋斗，所以我快乐。--格林斯 潘。
甘油
甘油
56
然后在表面氧化二氧化硅膜以减小后 一步氮化硅对晶圆的表面应力。
P阱
N阱
推阱
– 退火驱入，双阱深度约1.8μm – 去掉N阱区的氧化层
44
形成场隔离区
– 生长一层薄氧化层 – 淀积一层氮化硅
– 光刻2场隔离区，非隔离区被光刻胶保护起来
– 反应离子刻蚀氮化硅 – 场区硼离子注入以防止场开启 – 热生长厚的场氧化层 – 去掉氮化硅层
45
光刻胶
31P+
11B+
48
形成N管源漏区
– 光刻6，利用光刻胶将PMOS区保护起来 – 离子注入磷或砷，形成N管源漏区
形成P管源漏区
– 光刻7，利用光刻胶将NMOS区保护起来 – 离子注入硼，形成P管源漏区
49
形成接触孔
– 化学气相淀积BPTEOS硼磷硅玻璃层 – 退火和致密 – 光刻8，接触孔版 – 反应离子刻蚀磷硅玻璃，形成接触孔
22
2) 清华工艺录像
N阱硅栅CMOS 工艺流程
23
初始氧化
24
光刻1，刻N阱
25
N阱形成
N阱
26
Si3N4淀积
Si3N4
N阱
P-Si SUB
缓冲用SiO2
27
光刻2，刻有源区，场区硼离子注入
有源区
有源区 N阱
28
场氧1
N阱
29
光刻3
N阱
30
场氧2
N阱
31
栅氧化，开启电压调整
栅氧化层 N阱
CMOS工艺流程与MOS电路版图举例
1. CMOS工艺流程 1) 简化N阱CMOS工艺演示flash 2) 清华工艺录像：N阱硅栅CMOS工艺流程 3) 双阱CMOS集成电路的工艺设计 4) 图解双阱硅栅CMOS制作流程 2. 典型N阱CMOS工艺的剖面图 3. Simplified CMOS Process Flow 4. MOS电路版图举例
Plasma Enhanced TEOS ：tetraethylorthosilicate [Si-(OC2H5)4] -- 通过化学机械抛光进行平坦化
– 光刻穿通接触孔版
– 反应离子刻蚀绝缘层，形成穿通接触孔
形成第二层金属
– 淀积金属层，如Al-Si、Al-Si-Cu合金等
– 光刻10，第二层金属版，定义出连线图形
形成N阱
– 初始氧化，形成缓冲层，淀积氮化硅层
– 光刻1，定义出N阱
– 反应离子刻蚀氮化硅层 – N阱离子注入，先注磷31P+ ，后注砷75As+
42
N阱 P sub. 〈100〉
形成P阱
– 在N阱区生长厚氧化层，其它区域被氮化硅 层保护而不会被氧化
– 去掉光刻胶及氮化硅层 – P阱离子注入，注硼
– 反应离子刻蚀，形成第二层金属互连图形
53
合金 形成钝化层
– 在低温条件下(小于300℃)淀积氮化硅 – 光刻11，钝化版 – 刻蚀氮化硅，形成钝化图形
测试、封装，完成集成电路的制造工艺
CMOS集成电路采用(100)晶向的硅材料
54
4) 图解双阱硅栅 CMOS制作流程
55
首先进行表面清洗，去除wafer 表面的保护层和 杂质，三氧化二铝 必须以高速粒子撞击，并 用化学溶 液进行清洗。
阈值电压调整注入 光刻3，VTP调整注入 光刻4，VTN调整注入
46
P阱
N阱
形成多晶硅栅（栅定义）
– 生长栅氧化层 – 淀积多晶硅 – 光刻5， 刻蚀多晶硅栅
47
形成硅化物
– 淀积氧化层 – 反应离子刻蚀氧化层，形成侧壁氧化层（spacer, sidewall） – 淀积难熔金属Ti或Co等 – 低温退火，形成C-47相的TiSi2或CoSi – 去掉氧化层上的没有发生化学反应的Ti或Co – 高温退火，形成低阻稳定的TiSi2或CoSi2
32
多晶硅淀积
栅氧化层
多晶硅 N阱
33
光刻4，刻NMOS管硅栅， 磷离子注入形成NMOS管
NMOS管硅栅
用光刻胶做掩蔽 N阱
34
光刻5，刻PMOS管硅栅， 硼离子注入及推进，形成PMOS管
用光刻胶做掩蔽
PMOS管硅栅
N阱
35
磷硅玻璃淀积
磷硅玻璃 N阱
36
光刻6，刻孔、磷硅玻璃淀积回流 （图中有误，没刻出孔)
15
P+离子注入
P+
掩膜版
光刻4，刻P+离子注入掩膜版
N阱
16
N+离子注入
N+ 光刻5，刻N+离子注入掩膜版
N阱
17
生长磷硅玻璃PSG
PSG
N阱
18
光刻接触孔
光刻6，刻接触孔掩膜版
N阱
N+
P+
19
刻铝
光刻7，刻Al掩膜版 Al
N阱
20
刻铝
VSS
Vo
VDD
N阱
21
钝化层 N阱
光刻8，刻压焊孔掩膜版
50
形成第一层金属
– 淀积金属钨(W)，形成钨塞
51
形成第一层金属
– 淀积金属层，如Al-Si、Al-Si-Cu合金等 – 光刻9，第一层金属版，定义出连线图形 – 反应离子刻蚀金属层，形成互连图形
52
正硅酸乙脂（TEOS）分解 650～750℃
形成穿通接触孔
– 化学气相淀积PETEOS, 等离子增强正硅酸四乙酯热分解
2
1) 简化N阱CMOS 工艺演示
3
氧化层生长
氧化层 P-SUB
光刻1，刻N阱掩膜版
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掩膜版
曝光
光刻胶 光刻1，刻N阱掩膜版
5
氧化层的刻蚀Hale Waihona Puke 光刻1，刻N阱掩膜版6
N阱注入
光刻1，刻N阱掩膜版
7
形成N阱
N阱 P-SUB
8
氮化硅的刻蚀
二氧化硅
掩膜版
N阱
光刻2，刻有源区掩膜版
9
场氧的生长
二氧化硅
掩膜版 氮化硅
光刻2，刻有源区掩膜版
N阱
10
去除氮化硅
光刻3，刻多晶硅掩膜版
FOX N阱
11
重新生长二氧化硅（栅氧）
场氧
光刻3，刻多晶硅掩膜版
栅氧
N阱
12
生长多晶硅
多晶硅 N阱
光刻3，刻多晶硅掩膜版
13
刻蚀多晶硅
掩膜版
光刻3，刻多晶硅掩膜版
N阱
14
刻蚀多晶硅
多晶硅 N阱
光刻3，刻多晶硅掩膜版
N阱
37
蒸铝、光刻7，刻铝、 光刻8，刻钝化孔
（图中展示的是刻铝后的图形）
Vin
VSS
NMOS管硅栅
磷硅玻璃
PMOS管硅栅 Vo
VDD
硼注入
P-SUB
N阱
磷注入
38
离子注入的应用
39
40
N阱硅栅CMOS工艺流程
41
3) 双阱CMOS集成电路的工艺设计
磷31P+
–砷75As+
P sub. 〈100〉
CMOS工艺流程和MOS电 路版图举例
26、机遇对于有准备的头脑有特别的 亲和力 。 27、自信是人格的核心。
28、目标的坚定是性格中最必要的力 量泉源 之一， 也是成 功的利 器之一 。没有 它，天 才也会 在矛盾 无定的 迷径中 ，徒劳 无功。- -查士 德斐尔 爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿．丘吉 尔。 30、我奋斗，所以我快乐。--格林斯 潘。
甘油
甘油
56
然后在表面氧化二氧化硅膜以减小后 一步氮化硅对晶圆的表面应力。