微电子工艺

华中科技大学电子科学与技术系雷鑑铭博士华中科技大学电子科学与技术系2005年7月微电子工艺淘花/文库专用华中科技大学电子科学与技术系课程介绍教材：《半导体制造技术》韩郑生译电子工艺出版社出版学时：24参考书：1、《芯片制造》2、《微电子科学原理与工程技术》淘花/文库专用华中科技大学电子科学与技术系课程讲授内容：一.微电子工艺概述二.微电子工艺步骤介绍1.洁净室和清洗2.氧化和化学气相淀积3.光刻和腐蚀4.扩散和离子注入5.金属连接和平面化三.标准CMOS工艺流程淘花/文库专用华中科技大学电子科学与技术系1、初始清洗•初始清洗就是将晶圆放入清洗槽中，利用化学或物理的方法将在晶圆表面的尘粒或杂质去除，防止这些杂初始清洗就是将晶圆放入清洗槽中，利用化学或物理的方法将在晶圆表面的尘粒或杂质去除，防止这些杂质尘粒，对后续的工艺造成影响，使得器件无法正常工作。淘花/文库专用华中科技大学电子科学与技术系2、前置氧化•利用热氧化法生长一层二氧化硅薄膜，目的是为了降低后续生长氮化硅薄膜工艺中的应力(stress)，氮化硅具有很强的应力，会影响晶圆表面的结构，因此在这一层氮化硅及硅晶圆之间，生长一层二氧化硅薄膜来减缓氮化硅与硅晶圆间的应力。淘花/文库专用华中科技大学电子科学与技术系3、淀积氮化硅•利用低压化学气相沉积（LPCVD）的技术，沉积一层氮化硅，用来做为离子注入的mask及后续工艺中，定义P型井的区域。淘花/文库专用华中科技大学电子科学与技术系4、P阱的形成•将光刻胶涂在晶圆上之后，利用光刻技术，将所要形成的P型阱区的图形定义出来，即将所要定义的P型阱区的光刻胶去除掉。淘花/文库专用华中科技大学电子科学与技术系5、去除氮化硅•将晶圆表面的氮化硅，利用干法刻蚀的方法将其去除掉。淘花/文库专用华中科技大学电子科学与技术系6、P阱离子注入•利用离子注入的技术，将硼打入晶圆中，形成P型阱。接着利用无机溶液，如硫酸或干式臭氧（O3）烧除法将光刻胶去除。淘花/文库专用华中科技大学电子科学与技术系7、P阱退火及氧化层的形成•将晶圆放入炉管中，做高温的处理，以达到硅晶圆退火的目的，并且顺便形成一层n型阱的离子注入mask层，以阻止下一步骤中﹝n型阱的离子注入﹞，n型掺杂离子被打入P型井内。淘花/文库专用华中科技大学电子科学与技术系8、去除氮化硅•将晶圆表面的氮化硅，利用热磷酸湿式蚀刻的方法将其去除掉。淘花/文库专用华中科技大学电子科学与技术系9、N阱离子注入•利用离子注入技术，将磷打入晶圆中，形成n型阱。而在P型阱的表面上由于有一层二氧化硅膜保护，所以磷元素不会植入打入P型阱之中。淘花/文库专用华中科技大学电子科学与技术系10、N阱退火•离子注入之后会严重地破坏硅晶圆晶格的完整性。所以掺杂离子注入之后的晶圆必须经过适当的处理以回复原始的晶格排列。退火就是利用热能来消除晶圆中晶格缺陷和内应力，以恢复晶格的完整性。同时使注入的掺杂原子扩散到硅原子的替代位置，使掺杂元素产生电特性。淘花/文库专用华中科技大学电子科学与技术系11、去除二氧化硅•利用湿法刻蚀方法去除晶圆表面的二氧化硅。淘花/文库专用华中科技大学电子科学与技术系12、前置氧化•利用热氧化法在晶圆上形成一层薄的氧化层，以减轻后续氮化硅沉积工艺所产生的应力。淘花/文库专用华中科技大学电子科学与技术系13、氮化硅的淀积•利用低压化学气相沉积方法（LPCVD）淀积氮化硅薄膜，用来定义出器件隔离区域，使不被氮化硅遮盖的区域，可被氧化而形成组件隔离区。淘花/文库专用华中科技大学电子科学与技术系14、元件隔离区的掩膜形成•利用光刻技术，在晶圆上涂布光刻胶，进行光刻胶曝光与显影，接着将氧化绝缘区域的光刻胶去除，以定义出器件隔离区。淘花/文库专用华中科技大学电子科学与技术系15、氮化硅的刻蚀•以活性离子刻蚀法去除氧化区域上的氮化硅。接着再将所有光刻胶去除。淘花/文库专用华中科技大学电子科学与技术系16、元件隔离区的氧化•利用氧化技术，长成一层二氧化硅膜，形成器件的隔离区。淘花/文库专用华中科技大学电子科学与技术系17、去除氮化硅•利用热磷酸湿式蚀刻的方法将其去除掉。淘花/文库专用华中科技大学电子科学与技术系18、利用氢氟酸去除电极区域的氧化层•除去氮化硅后，将晶圆放入氢氟酸化学槽中，去除电极区域的氧化层，以便能在电极区域重新成长品质更好的二氧化硅薄膜，做为电极氧化层。淘花/文库专用华中科技大学电子科学与技术系19、电极氧化层的形成•此步骤为制做CMOS的关键工艺，利用热氧化法在晶圆上形成高品质的二氧化硅，做为电极氧化层。淘花/文库专用华中科技大学电子科学与技术系20、电极多晶硅的淀积•利用低压化学气相沉积（LPCVD）技术在晶圆表面沉积多晶硅，以做为连接导线的电极。淘花/文库专用华中科技大学电子科学与技术系21、电极掩膜的形成•涂布光刻胶在晶圆上，再利用光刻技术将电极的区域定义出来。淘花/文库专用华中科技大学电子科学与技术系22、活性离子刻蚀•利用活性离子刻蚀技术刻蚀出多晶硅电极结构，再将表面的光刻胶去除。淘花/文库专用华中科技大学电子科学与技术系23、热氧化•利用氧化技术，在晶圆表面形成一层氧化层。淘花/文库专用华中科技大学电子科学与技术系24、NMOS源极和漏极形成•涂布光刻胶后，利用光刻技术形成NMOS源极与漏极区域的屏蔽，再利用离子注入技术将砷元素注入源极与漏极区域，而后将晶圆表面的光刻胶去除。淘花/文库专用华中科技大学电子科学与技术系25、PMOS源极和漏极形成•利用光刻技术形成PMOS源极及漏极区域的屏蔽之后，再利用离子注入技术将硼元素注入源极及漏极区域，而后将晶圆表面之光刻胶去除。淘花/文库专用华中科技大学电子科学与技术系26、未掺杂的氧化层化学气相淀积•利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术沉积一层无掺杂的氧化层，保护器件表面，免于受后续工艺的影响。淘花/文库专用华中科技大学电子科学与技术系27、CMOS源极和漏极的活化与扩散•利用退火技术，将经离子注入过的漏极及源极进行电性活化及扩散处理。淘花/文库专用华中科技大学电子科学与技术系28、淀积含硼磷的氧化层•加入硼磷杂质的二氧化硅有较低的溶点，硼磷氧化层(BPSG)加热到摄氏800度时会有软化流动的特性，可以利用来进行晶圆表面初级平坦化，以利后续光刻工艺条件的控制。淘花/文库专用华中科技大学电子科学与技术系29、接触孔的形成•涂布光刻胶，利用光刻技术形成第一层接触金属孔的屏蔽。再利用活性离子刻蚀技术刻蚀出接触孔。淘花/文库专用华中科技大学电子科学与技术系30、溅镀Metal1•利用溅镀技术，在晶圆上溅镀一层钛／氮化钛／铝／氮化钛之多层金属膜。淘花/文库专用华中科技大学电子科学与技术系31、定义出第一层金属的图形•利用光刻技术定义出第一层金属的屏蔽。接着将铝金属利用活性离子刻蚀技术刻蚀出金属导线的结构。淘花/文库专用华中科技大学电子科学与技术系32、淀积二氧化硅‧利用PECVD技术，在晶圆上沉积一层二氧化硅介电质，做为保护层。淘花/文库专用华中科技大学电子科学与技术系33、涂上二氧化硅•将流态的二氧化硅﹝SOG,spinonglass﹞旋涂在晶圆表面上，使晶圆表面平坦化，以利后续之光刻工艺条件控制。淘花/文库专用华中科技大学电子科学与技术系34、将SOG烘干•由于SOG是将二氧化硅溶于溶剂中，因此必须要将溶剂加热去除掉。淘花/文库专用华中科技大学电子科学与技术系35、淀积介电层•淀积一层介电层在晶圆上。淘花/文库专用华中科技大学电子科学与技术系36、Metal2接触通孔的形成•利用光刻技术及活性离子刻蚀技术制作通孔（Via），以作为两金属层之间连接的孔道，之后去掉光刻胶。淘花/文库专用华中科技大学电子科学与技术系37、Metal2的形成‧沉积第二层金属膜在晶圆上，利用光刻技术制作出第二层金属的屏蔽，接着蚀刻出第二层金属连接结构。淘花/文库专用华中科技大学电子科学与技术系38、淀积保护氧化层‧利用PECVD方法沉积出保护氧化层。淘花/文库专用华中科技大学电子科学与技术系39、氮化硅的淀积‧利用PECVD沉积出氮化硅膜，形成保护层。淘花/文库专用华中科技大学电子科学与技术系40、PAD的形成•利用光刻技术在晶圆表层制作出金属焊盘（Pad）的屏蔽图形。利用活性离子蚀刻技术蚀刻出焊盘区域，以做为后续集成电路封装工艺时连接焊线的接触区。淘花/文库专用华中科技大学电子科学与技术系41、将元件予以退火处理•此一步骤的目的是让器件有昀佳化的金属电性接触与可靠性，至此一个CMOS晶体管完成。淘花/文库专用