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1、1,0.35m CMOS逻辑电路工艺介绍,（注：此讲义中所有的参数仅为参考值）,2,工艺流程介绍,流片开始 有源区工艺 栅堆积工艺 源漏工艺 PMD与接触孔工艺 金属化工艺 钝化工艺,3,工艺开始,材料检验 原始材料: P型Si(100),15-25 .cm. 激光标号(Laser Mark)：在晶片边缘刻上批号 RCA清洗： RC1：去有机杂质和颗粒 RC2：去金属杂质,衬底,P型硅片,4,零层对准标记光刻（选项）,零层对准标记：取决于光刻机要求，仅为对准标记。,初氧500A 光刻0层 刻蚀0层 去氧化层 RCA清洗,5,流片开始 有源区工艺 阱、场氧形成和沟道注入 栅堆积工艺 源漏工艺 P
2、MD与接触孔工艺 金属化工艺 钝化工艺,工艺流程介绍,6,N-well掩蔽层:氧化硅 400A 光刻N-well：开出N阱 N-well 注入: P, 250keV, 0.9E13 atoms/cm2 去胶,+ + + + + + + + + + + +,阱形成：N-阱注入,掩蔽层(Cap-layer)氧化硅：(1)减小沟道注入效应(channeling); (2)用来阻止掺杂离子在退火过程中向外扩散而离开硅衬底,7,+ + + + + + + + + + + +,+ + + + + + + + + + + +,阱形成：P-阱注入,光刻P-well：开出P阱 P-well 注入: B, 180
3、keV, 8.5E12 atoms/cm2 去胶,B+,8,阱形成：推进,阱推进（退火）:X jn-well =2.9 m,退火：使杂质均匀分布，同时除去（减少）由注入引起的缺陷 至此形成均匀的双阱结构,9,P-阱场氧区注入,P-Well,P-阱区场氧注入：BF2，80keV，4E13,场氧注入：提高寄生场管的开启电压，防止寄生三极管的导通,+,有源区,N-Well,+,场氧区,+,寄生管子,10,漂光SiO2 基氧 200A 沉积Si3N4（1500A）,有源区工艺：基氧、 Si3N4沉积,Si3N4层被用作为有源区在场氧化时的掩蔽层 基氧用来缓解Si3N4与硅衬底之间的应力,11,光刻有源
4、区(Diffusion)：将场区窗口开出 刻蚀有源区：氮化硅+氧化硅刻蚀 去胶,有源区工艺：场氧化（LOCOS）,12,有源区工艺：场氧化（LOCOS）,场氧化（LOCOS）：3000 4000A,13,有源区工艺：场氧化（LOCOS）,腐蚀Si3N4/SiO2,14,NMOS防穿通及阈值电压调整注入： 预氧化：200A 光刻VTDV VTDV注入: NMOS防穿通注入; B11, 50KeV, 1.0E+12 /cm2. Vtn 注入: B11 , 10kev ,1.2E+12/cm2.,沟道区工艺：N-沟道,15,PMOS防穿通及阈值电压调整注入： 光刻VTNH; VTNH 注入:PMOS
5、防穿通注入 As,150kev 2. 0E+11/cm2 Vtp 注入 As,35 keV,5.0E+11/cm2,沟道区工艺：P沟道,16,流片开始 有源区工艺 栅堆积工艺 源漏工艺 PMD与接触孔工艺 金属化工艺 钝化工艺,工艺流程介绍,17,栅堆积工艺,栅堆积结构 预栅氧化清洗(pre-gate clean): RCA+稀释的HF酸清洗 栅氧化硅: 70A 3.3V; 110A 5V 多晶淀积(原位掺杂)：3000A Pre-clean using HF vapor WSix 淀积：1250A,预栅氧化清洗：目的是得到清洁而完整的单晶硅表面，这对确保栅氧层 的高质量非常重要。 栅氧化硅：
6、有干氧和湿氧之分， WSix 淀积：减少多晶条上的接触电阻(Polycide),18,栅堆积工艺,栅堆积结构 多晶光刻,19,栅堆积工艺,栅堆积结构 刻蚀多晶 多晶氧化:100A （或者沉积一层薄的TEOS膜）,多晶氧化：修复因多晶刻蚀而造成的多晶边缘栅氧的损伤，同时保护多晶条,最小多晶线宽：0.35m,20,流片开始 有源区工艺 栅堆积工艺 源漏工艺 PMD与接触孔工艺 金属化工艺 钝化工艺,工艺流程介绍,21,源漏扩展工艺,N管LDD NLDD光刻 NLDD 注入 As, 25kev,3E13 /cm2 WSix 退火: RTP, 1000C, 10”,LDD结构：减缓热载流子效应(Hot
7、 Carrier Effect) WSix 退火：在多晶上形成较好的钨硅化物，同时也使n+多晶退火，以减小n+多晶的Poly-depletion效应（ As比较大，扩散较慢，分布不易均匀，因此在靠近栅氧的多晶里As较少，电阻较大）,22,源漏扩展工艺,P管LDD 光刻PLDD PLDD注入 BF2, 10keV, 1.3E13 /cm2,23,边墙工艺,边墙形成 TEOS 淀积： T=2000A TEOS增密（退火） 边墙刻蚀,边墙用来隔离源（漏）与栅极,24,源漏工艺,N管源漏区 光刻N+区 N+注入 As,3E+15 /cm2,25,源漏工艺,P管源漏区 光刻P+区 区注入 BF2 20k
8、eV, 2E+15/cm2. 源漏退火 RTP:1020C, 10” 源漏结深 X JN+ =0.18 m X JP+ =0.18 m,源漏退火：对注入损伤进行退火，同时激活和推进所注入的离子,26,源漏区硅化物工艺*,源漏区硅化物(silicide 工艺) 淀积Ti/Co Ti:8 nm; Co:15 nm. RTP 1: 540C, 60“, N2 选择腐蚀 氨水+H2O2 RTP2 :700C, 30”,N2,此仅为silicide 工艺流程所用。如果是Polycide工艺流程，则没有此步骤。 另一种做法是在完成接触孔刻蚀后，在接触孔内淀积Ti/Co，再形成硅化物,27,工艺流程介绍,流
9、片开始 有源区工艺 栅堆积工艺 源漏工艺 PMD与接触孔工艺 金属化工艺 钝化工艺,28,金属前绝缘介质层（PMD）,金属前绝缘介质层（PMD） 淀积SiON: LPCVD, 800C,25-35nm 淀积TEOS: CVD,720C,100 nm. 淀积BPSG APCVD 1000nm B 3.6%;P4.0%,SiON和TEOS是保护层，用来保护下面的器件和多晶条，防止后续工艺对它们的损伤（PID）。 BPSG：B可以增强氧化硅（SG）的流动性，用以填充多晶条(场氧)之间的孔隙以及缓和因多晶条和场氧而引起的表面高低不平。P有吸附金属杂质的功能，减少后道工艺中的金属杂质对前道器件的影响。,
10、29,金属前绝缘介质层（PMD）,金属前绝缘介质层平坦化 BPSG 增密 RTP 700C 30 min 化学机械抛光CMP-PMD,30,接触孔模块工艺,淀积氧化硅USG APCVD：400nm 接触孔光刻 接触孔刻蚀: 刻蚀TEOS/BPSG 刻蚀SiON 去胶,此氧化硅USG是下面BPSG的掩蔽层(Cap-layer) 接触孔大小为：0.4m0.4 m,31,接触孔模块工艺,接触孔阻挡层淀积 Ti/TiN: 25 nm. W-CVD 淀积: 300 nm. W-返腐蚀(Etch-back) （或者W-CMP）,TiN可以阻止W与周围介质(Si)之间的反应和元素扩散，同时可增强钨与介质之间
11、的黏着力，但电阻率太高。 Ti用来降低电阻率。 对于Polycide工艺，由于其源漏上没有硅化物，因此在淀积Ti/TiN之前， 需先在接触孔内进行低能离子注入，以减小接触电阻。,32,流片开始 有源区工艺 栅堆积工艺 源漏工艺 PMD与接触孔工艺 金属化工艺 钝化工艺,工艺流程介绍,33,金属化工艺,金属夹层淀积： Ti/Al(Cu)/Ti/TiN Al(Cu) : 5500A.,Ti：电阻率较低，并可改善金属Al与TiN（以及介质）之间的界面，从而增强Al线的抗电迁移(Electromigration)性能。 TiN：电阻率较高。顶层TiN作为光刻的ARC(抗反射层）。 Ti和TiN还可阻止
12、金属与介质之间的元素扩散。 Al(CuSi)：铝中掺少量铜或硅可以增强铝线的抗电迁移(Electromigration)性能。,Ti/TiN,Ti,Al(Cu),34,金属化工艺,金属1光刻 金属1刻蚀 去胶,35,金属层间介质(IMD),金属1-2间介质淀积及平坦化 氧化层淀积 1500 nm, HDP , 400C; 750nm ,PECVD,400C. 化学机械抛光 抛磨至900 nm.,900nm,36,通孔工艺,通孔1光刻 通孔1刻蚀 通孔阻挡层淀积 Ti/TiN: 25 nm. W-CVD 淀积: 600 nm. W-返腐蚀(Etch-back),通孔工艺与接触孔工艺相似，但稍大。大小为：0.45m0.45m,37,金属化工艺,金属2淀积 Al(Cu): 5400A. 金属2光刻 金属2刻蚀,38,工艺流程介绍,流片开始 有源区工艺 栅堆积工艺 源漏工艺 PMD与接触孔工艺 金属化工艺 钝化工艺,39,钝化工艺,钝化层 钝化层淀积 PECVD SiO2+SiN 9000A 钝化层光刻 钝化层刻蚀 合金化 H2/N2,400C,20分 （器件passivation）,40,寄生CMOS管与Bipolar三极管,场氧两边N+与场氧 形成寄生CMOS管 （场氧注入可防此寄生管道通）,寄生PNP & NPN 双极型三极管,回场注入,源,漏,栅,P-阱,