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1、第9章集戊电路制造工艺概况典型的集成电路硅片制造工艺可能要花费六到八周的时间,包括篼0或者更多步骤来完成所有冫∵制造工艺。这种工艺的复杂性是无以复加的。众所周知,大多数半导体流程都发生在硅片顶层的几微米以内。这一有源区对应于工艺流程的j瑞工艺。所有硅上方的材料都是互连芯片上各个器件所需的分层结构的一部分。为了增加多层金茧殳绝缘层,工艺流程要求硅片在不同工艺步骤中循环。一旦了解了工艺流程,你就会认识到要制一三块高性能的微芯片,只需要多次运用有限的几种工艺。目标通过本章的学习,你将能够:1,画出典型的亚微米CMOs集成电路制造流程图c2.对6种主要工艺和硅片制造中的拣选/
2、测试在概念上有一个大概的了解。3.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和设各。9,1引言本章简单介绍了0.18um的CMOS集成电路硅工艺的主要步骤。这有助于读者对半导体制造:f一一个更好的了解。每步工艺的具体细节将在本书专门的章节中详细介绍。一首先给出了整个硅片制造工艺的简介,通过个模型描述了硅片是怎样在有限工艺流程中重踅循环的。这种描述简化了概念,将芯片的制造流程控制在一个可管理的水平。必须认识到工艺:的各种变化,例如参数和工具的变化,这种变化的结果只能在几星期后的最终测试中了解。正△为这种制造的复杂性,使得每一步都必
3、须通过精确测量以便绝对正确地完成任务,这是至关重丢妁。9.2CMOS工艺流程一集成电路制造就是在硅片上执行系列复杂的化学或者物理操作。简而言之,这些操作可以分tj四大基本类:薄膜制作(1ayer)、刻印(pattem)、刻蚀和掺杂。图9,1展示了工艺的复杂性,即乏制造单个MOS管也不例外。由于CMOs技术在工艺家族中最有代表性,我们就以它为例介绍硅=制造流程。最典型的例子是0,18um的CMOs集成电路制造工艺。由于这是集成电路制造的概述,∷以会接触到大量的术语和概念,这些将在随后各章中得到详细阐述。在学习本章的过程中必须时:~牢记,在制造过程当中要进行一系列有着特定
4、目的的操作。注意每一步操作的目的、所采用设各t时料的种类以及随后的质量测量手段,这些决定了每一步工艺的集成。188半导体制造技术曩`鲟氧化光刻胶掩膜版-硅片曝过光的光刻胶(场氧)涂胶对准与曝光光刻胶显影`%∷1弓亡噙≡△EF跏娥氧化多晶硅多晶硅(栅氧化硅)淀积光刻与刻蚀~翻貔离子注人有源区氮化硅金属淀积与淀积刻蚀图91CMOs工艺流程中的主要制造步骤(承蒙AdvancedMicroDc访ces公司允许使用)9,2.1硅片制造厂的分区概述集成电路是在硅片制造厂中制造完成的。如图9.2所示的硅片制造厂可以分成6个独立的生产区:扩散(包括氧化、膜淀积和掺杂工艺)、光刻、刻蚀
5、、薄膜(thnmm)、离子注入和抛光。这6个主要的生产区和相关步骤以及测量工具都在硅片厂的超净间中。其中抛光区是高性能半导体集成电路制造业的新成员,并且在工业中的应用越来越普遍。虽然对硅片上的独立管芯进行测试的测一试`拣选区就在硅片厂的附近,但是测试区并不与硅片制造厂的其他部分在同超净环境当中。装配和封装则在其他工厂进行,甚至在别的国家完成。图9,2在亚微米CMOsIC制造厂典型的硅片流程模型(承蒙AdvancedM忆rODevices公司允许使用)第9章集成电路制造工艺概况189■扩散扩散区一般认为是进行高温工艺及薄膜淀积的区域。扩散区的主要设各是高温扩散炉和湿法清
6、洗设各。高温扩散炉(见图9.3)可以在近12O0°C的高温下工作,并能完成多种工艺流程,包括氧化、扩散、淀积、退火以及合金。这些工艺将在后续章节中具体描述。湿法清洗设各是扩散区中的辅助工具。硅片在放人高温炉之前必须进行彻底地清洗,以除去硅片表面的沾污以及自然氧化层。温度设定电压尾气⒆图9,3高温炉示意图■光刻使用黄色荧光管照明使得光刻区与芯片厂中的其他各个区明显不同。光刻的目的是将电路图形转移到覆盖于硅片表面的光刻胶上。光刻胶是一种光敏的化学物质,它通过深紫外线曝光来印制掩膜版的图像。光刻胶只对特定波长的光线敏感,例如深紫外线和白光,而对黄光不敏感。在亚微米制造厂的光
7、刻区(承蒙A山m∞dMicroD"ices公司允许使用)涂胶/显影设各(coate〃developer订ack)是用来完成光刻的一系列工具的组合。这一工具首先讨硅片进行预处理、涂胶、甩胶、烘千,然后用机械臂将涂胶的硅片送人对准及曝光设备。步进光190半导体制造技术一刻机(s℃pper)用来将硅片与管芯图形阵列对准9这阵列由镀铬石英版刻蚀而成。在恰当地对准一一和聚焦后,步进光刻机先曝光硅片上的小片面积,随后步进到硅片的下块区域并重复上述过程,直到硅片表面全部曝光了管芯图形为止(见图9.4)。完成后,硅片回到涂胶/显影设备对光刻胶进行显影,随后清洗硅片并
