第6章-CMOS集成电路制造工艺ppt课件.ppt

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1、第6章CMOS集成电路制造工艺.第6章CMOS集成电路制造工艺6.1CMOS工艺6.2CMOS版图设计6.3封装技术.木版年画画稿刻版套色印刷3.半导体芯片制作过程4.硅片（wafer）的制作5.掩模版（mask,reticle）的制作6.外延衬底的制作7.集成电路加工的基本操作1、形成薄膜（二氧化硅、多晶硅、金属等薄层）2、形成图形（器件和互连线）3、掺杂（调整器件特性）8.1、形成图形半导体加工过程：将设计者提供的集成电路版图图形复制到硅片上光刻与刻蚀：半导体加工水平决定于光刻和刻蚀所形成的线条宽度9.光刻（photolithogra

2、phy）10.曝光（exposure）11.刻蚀（etch）12.光刻的基本原理13.正胶和负胶的差别14.2、薄膜形成：淀积15.2、薄膜形成：氧化16.3、掺杂：扩散和注入17.从器件到电路：通孔18.从器件到电路：互连线19.从器件到电路：多层互连20.从器件到电路：多层互连21.从硅片到芯片：加工后端22.从硅片到芯片：加工后端23.从硅片到芯片：加工后端24.6.1CMOS工艺6.1.1基本工艺步骤6.1.2n阱CMOS工艺流程6.1.3硅基CMOS中的闩锁效应6.1.4先进的CMOS工艺.6.1.1基本工艺步骤(1)氧化CMO

3、S集成电路中SiO2层的主要作用：做MOS晶体管的栅绝缘介质；做杂质扩散和离子注入的掩蔽层和阻挡层；做MOS晶体管之间的隔离介质；做多晶硅、金属等互连层之间的绝缘介质；做芯片表面的钝化层。热氧化法：干氧、湿氧、干氧-湿氧-干氧交替氧化.6.1.1基本工艺步骤(2)淀积通过物理或化学的方法把另一种物质淀积在硅片表面形成薄膜(低温)。物理气相淀积(PhysicalVaporDeposition，PVD)蒸发溅射化学气相淀积(ChemicalVaporDeposition，CVD).6.1.1基本工艺步骤(3)光刻和刻蚀把掩膜版上的图形转移到硅

4、片。①生长一层SiO2薄膜；②在硅表面均匀涂抹一层光刻胶(以负胶为例)；③盖上掩膜版进行光照，使掩膜版上亮的(Clear)区域对应的光刻胶被曝光，而掩膜版上暗的(Dark)区域对应的光刻胶不能被曝光。.6.1.1基本工艺步骤(3)光刻和刻蚀④把未被曝光的胶去掉，显影后掩膜版上的图形转移到光刻胶上；⑤采用湿法刻蚀或干法刻蚀去除没有光刻胶保护的SiO2；⑥去除残留在硅片上的所有光刻胶，完成版图图形到硅片图形的转移。.6.1.1基本工艺步骤(3)光刻和刻蚀光刻胶负胶：曝光前可溶于某种溶液而曝光后变为不可溶；正胶：曝光前不溶于某种溶液而曝光后变为

5、可溶；通常正胶的分辨率高于负胶。.6.1.1基本工艺步骤(4)扩散和离子注入在硅衬底中掺入杂质原子，以改变半导体电学性质，形成pn结、电阻、欧姆接触等结构。扩散：杂质原子在高温下克服阻力进入半导体，并缓慢运动。替位式扩散、间隙式扩散离子注入：将具有很高能量的带电杂质离子射入硅衬底中。需高温退火.6.1CMOS工艺6.1.1基本工艺步骤6.1.2n阱CMOS工艺流程6.1.3硅基CMOS中的闩锁效应6.1.4先进的CMOS工艺.6.1.2n阱CMOS工艺流程两种器件需要两种导电类型的衬底。在n型衬底上形成p阱，把NMOS管做在p阱里；或在p

6、型衬底上形成n阱，把PMOS管做在n阱里。.6.1.2n阱CMOS工艺流程①准备硅片材料p型<100>晶向硅片②形成n阱热氧化，形成掩蔽层光刻和刻蚀，开出n阱区窗口离子注入并高温退火，形成n阱.6.1.2n阱CMOS工艺流程③场区隔离局部氧化(LocalOxidationofSilicon，LOCOS)工艺利用有源区掩膜版进行光刻和刻蚀，露出场区场区注入去除光刻胶，场区热生长一层厚的氧化层去除有源区上的保护层场区和有源区的氧化层台阶降低，平整度提高。.6.1.2n阱CMOS工艺流程④形成多晶硅栅热氧化生长栅氧化层→CVD淀积多晶硅并离子注

7、入→光刻和刻蚀⑤源漏区n+/p+注入利用同一n+掩膜版，采用负胶和正胶进行两次光刻和刻蚀，分别进行n+注入和p+注入。.6.1.2n阱CMOS工艺流程⑥形成接触孔CVD淀积绝缘层→光刻和刻蚀形成接触孔⑦形成金属互连淀积金属层→光刻和刻蚀形成金属互连.6.1.2n阱CMOS工艺流程⑧形成钝化层淀积Si3N4或磷硅玻璃→光刻和刻蚀，形成钝化图形铝栅工艺：源(或漏)区与栅之间形成缺口，无法形成连续的沟道。硅栅工艺：“自对准”.6.1CMOS工艺6.1.1基本工艺步骤6.1.2n阱CMOS工艺流程6.1.3硅基CMOS中的闩锁效应6.1.4先进的

8、CMOS工艺.6.1.3硅基CMOS中的闩锁效应寄生晶体管Q1、Q2，寄生电阻Rnw、Rsub构成等效电路Q1和Q2交叉耦合形成正反馈回路电流在Q1和Q2之间循环放大VDD和GND之间形成极大