Den grundläggande tillverkningsprocessen för CMOS -integrerade kretsar

 CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) technology has developed into a mainstream process technology for semiconductor manufacturing since it was proposed by Wanlass and Sah in 1963. With the continuous development and improvement of key technologies such as local oxidation process of silicon, ion implantation technology, and lithography technology, the CMOS process has been widely used, and it follows Moore's law to continuously reduce the feature size and förbättra integrationen.

Den grundläggande tillverkningsprocessen för CMOS -integrerade kretsar

Främre Avsluta

I processen {{0}}. 18μm och nedan bildar front-end-processen för CMOS-integrerad krets huvudsakligen källdröjningsregionen för enheten. Isoleringsmetod: 0. 18μm eller mer: Isolerad av lokal oxidation (locos). 0,18 um och nedan: Grundskytte (STI) isolering används för att minska den parasitiska kapacitansen för det isolerade området och förbättra kretsprestanda.

Trap Formation: I 0. 18 um -processen använder brunnen retrogradwell -teknik för att optimera enhetens prestanda.

Tillbaka Avsluta

Back-end-processen kompletterar enhetens metallöverkoppling.

Sammankopplingsmaterial:

mer än {{0}}. 18μm: Använd huvudsakligen metallaluminium som samtrafikmaterial. 0,18 um och nedan: Även om aluminium fortfarande kan användas för sammankopplingar, används koppar mestadels som ett samtrafikmaterial för att minska resistiviteten och förbättra kretsprestanda. Interconnect-processer: inklusive bildning av flera lager av metallledningar och vias, samt metall-kiselkontakt.

0040-35057 Rev.c -svetsning, slitsventilinsats, processkammare

Förenklade steg för 0. 18 μm CMOS -process

1.Substratberedning: Välj lämpligt silikonsubstrat för rengöring och förbehandling.

2. Oxidtillväxt: Ett tunt oxidskikt odlas på underlaget för att fungera som ett maskeringsskikt för efterföljande processer.

3.Litografi och etsning: mönster bildas med användning av fotolitografi och överförs till substrat genom etsningsprocessen.

4. Jonimplantation: Enligt enhetens krav utförs olika typer av jonimplantation för att bilda källavdragsområden och fällor.

5. Annonsering: De injicerade jonerna glödgas för att återställa gitterskador och aktivera föroreningsatomer.

6.Sti -isolering: Grunt spår etsas i området som ska isoleras och fyllas med material såsom kiseloxid för att bilda en isoleringszon.

7.Metal Interconnect: Flera lager av metallledningar och Vias bildas för att slutföra metallkonnect på enheten.

8.Passivering och inkapsling: Ett passiveringsskikt bildas på enhetens yta och inkapslas för att skydda enheten och förbättra tillförlitligheten.

0. 18μm CMOS frontprocess

Bildning av aktiva zoner

Avsättning av foderoxidskikt och kiselnitridskikt: På ett p-typ kiselsubstrat eller p-typ epitaxialskikt är ett skikt av kiseldioxid (sio₂) först med termisk oxidation som lineroxidskikt för att lindra stressen mellan efterföljande silikonnitrid (si) (si) (si) (si) (si) (si) (si) (si) (si-kilicer. Därefter avsätts ett skikt av kiselnitrid som ett hårt maskskikt för efterföljande etsningssteg.

Litografi och etsning: Exponering och utveckling utförs med hjälp av 1 litografisk platta för att ta bort fotoresist från isolerade områden på enheten. Därefter avlägsnas kiselnitrid, foderoxid och en del av kisel som inte täcks av fotoresisten genom våt eller torr etsning, vilket bildar en preliminär struktur av grunt spår isolering (STI).

Termisk tillväxt och planarisering av kiseldioxid: Efter att fotoresisten har tagits bort odlas ett skikt av kiseldioxid vid botten- och sidoväggarna på det grunda spåret genom termisk oxidation, kallad rundningoxid, som används för att jämna ut de vassa hörn på botten av gruntspåret för att minska nedbrytningen av nedbrytning av spänningar och generering av läckage. Därefter deponeras ett skikt av kiseldioxid och tät med användning av lågtrycksånga avsättning (LPCVD). Slutligen utförs en planariseringsprocess med hjälp av kemisk mekanisk polering (CMP) för att säkerställa en smidig framsteg i den efterföljande processen.

Avlägsnande av kiselnitrid och tillväxt av det slutliga oxidskiktet: Efter att kiselnitridskiktet och en del av kiseldioxidskiktet avlägsnas odlas ett skikt av kiseldioxid vid 900 grader som ett barriärskikt för efterföljande jonimplantation.

0040-50414 Dörr Slitventil Waffle-Less 200 Emax

Bildning av N-TRAPS och P-TRAPS

Bildning av N-TRAPS: Exponering och utveckling med 2 litografiska plattor för att ta bort fotoresisten i N-Trap-området. Därefter injiceras en högenergi högdosfosfor (P) -jon för att bilda en N-fälla. Arsenik (AS) injiceras sedan vid en lägre energi för att förhindra penetration mellan PMOS -källor och avlopp. Slutligen, en lågenergiinjektion av AS som används för att reglera PMO: s vridspänning. Denna distribution av energi och dos från hög till låg skapar den så kallade retrogradwell. Bildning av P-TRAPS: När fotoresisten har tagits bort utförs litografi av P-TRAP: erna med 3 litografiska plattor. Därefter injiceras en högenergi, högdosbor (B) -jon för att bilda en P-fälla. Därefter injiceras B vid en lägre energi för att förhindra penetrationer mellan nMOS -källor och avlopp. Slutligen används en lågenergiinjektion B för att reglera NMO: s tändspänning.

Grindbildning

Gate Oxide Growth and Polysilicon Deposition: Efter bildningen av N-Trap och P-Trap avlägsnas oxidskiktet och skivan rengörs. Sedan hålls det termiska tillväxtgrindoxidskiktet på 800 grader. Därefter deponeras ett lager av polysilikon som grindmaterialet.

GATE litografi och korrosion: grind litografi utförs med hjälp av en 4- litografipel, och oönskat polysilikon avlägsnas genom torr etsning för att bilda en grind och polykristallin sammankoppling av enheten.

Bildning av lätt dopingkällavlopp (LDD).

Bildning av NMOSLDD: Efter grindbildning utförs polykristallin oxidation och ett skikt av kiseldioxid odlas termiskt på grindens polykristallina. Litografi av NMOSLDD utfördes med användning av en 5- litografipel, följt av implantationen av lågenergi som joner för att bilda en lätt dopad källdrålningsregion (NLDD) av NMO: er.

Bildning av PMOSLDD: När fotoresisten har tagits bort utförs fotolitografi av PMOSLDD med 6 litografiska plattor. Därefter injiceras lågenergi-B-joner för att bilda en lätt dopad källdröjningsregion (PLDD) av PMO: er. Eftersom B diffunderar snabbare än som, är injektionsenergin för PLDD lägre än NLDD.

Produktion av distans

Deposition och korrosion: Ett skikt av TEO: er (tetraetoxysilan) deponeras på skivan som en föregångare till distansen. Detta följs av isotropisk torrkorrosion, som behåller Teos på sidoväggen i grindpolysilikonet för att bilda en distans. Rapid Termisk glödgning: Högtemperatur RAPID Termisk glödgning (RTA) utförs på den injicerade LDD för att aktivera den injicerade föroreningsatomerna och reparationsskada. Spacerns roll är att blockera den efterföljande källdröjningsinjektionen och uppnå självjustering av processen.

Bildning av nMOS och PMOS -källavlopp

Injektion av NMOS -källavlopp: Efter att distansen har tillverkats odlas ett tunt skikt av oxid som en injektionsbarriär. En 7- Litografplatta användes för litografin av NMOS-källavloppet, följt av implantationen av högenergi som joner för att bilda källavloppsregionen för NMO: erna.

Injektion av PMOS -källavlopp: När fotoresisten har tagits bort utförs litografi av PMOS -källavloppet med hjälp av en 8- litografisk platta. Därefter injiceras BF-jonen (BF₂ är en förening av B som används för att öka dopingkoncentrationen av PMOS-käll-dränering) för att bilda källdröjningsregionen för PMO: er. På grund av den stora massan av BF -joner är injektionsenergin relativt låg.

Hittills har de viktigaste stegen i 0. 18 um CMOS-frontprocess har avslutats, inklusive bildandet av det aktiva området, tillverkningen av N- och P-brunnar, bildning av grindar, bildningen av lätt dopkälla och avlopp, tillverkningen av distansen och bildningen av NMO: er och PMOS-källa. Tillsammans utgör dessa steg den grundläggande strukturen för en CMOS-integrerad krets och utgör grunden för efterföljande back-end-processer (metallförbindelser, etc.).

0. 18μMCMOS Back End Aluminium Interconnect Process

I back-end aluminium interconnection-processen är det viktigaste tillverkningen av metallöverkoppling, och följande är de detaljerade stegen för 6- skikt aluminium samtrafik:

Kontaktning

Medieavlagring och planarisering: Först avsätts ett lager TEOS (tetraetoxysilan) som basmediaskiktet, följt av avsättningen av TEO: er (BPSG) med B och P för att förbättra mediets fluiditet och stegtäckning. Slutligen utförs en planariseringsprocess av CMP (kemisk mekanisk polering) för att göra ytan på skivan plattare.

Kontakthål Litografi och korrosion: Kontakthål är litografi med hjälp av en specifik litografipel, och sedan utförs torr etsning för att ta bort det dielektriska skiktet som inte täcks av fotoresisten för att bilda kontakthålen.

Kontakthålfyllning: Ti (titan), tenn (titannitrid) och W (volfram) deponeras, där Ti och tenn används som vidhäftning och barriärlager, och W används som fyllmedelmaterial. Överskottet W på ytan avlägsnas av CMP för W, och endast W inuti kontakthålet bibehålls och bildar den slutliga kontakthålstrukturen.

Tillverkningen av det första metallskiktet

Metallavlagring: När kontakthålet är tillverkat deponeras Ti, Alcu (aluminium-kopparlegering) och tenn, med Alcu som huvudledande material, och Ti och tenn som vidhäftningsskikt respektive barriärlager.

Första skiktets metallitografi och etsning: litografi utförs med hjälp av en litografiplatta av det första metallskiktet, och sedan avlägsnas metallskiktet som inte täcks av fotoresisten genom etsning för att bilda en sammankopplad struktur av det första metallskiktet.

Tillverkning av genomhål och efterföljande metalllager

Genom genomgångsprocess: genomhål görs i en liknande process för att kontakta hål och används för att ansluta kretsar mellan olika metallskikt. Metallskiktsprocess: Från det andra metallskiktet inkluderar produktionen av varje metalllager metallavlagringar, fotolitografi, etsning och andra steg. När antalet metallskikt ökar ökar metallskiktets tjocklek i enlighet därmed för att motstå högre strömmar och ge bättre värmeavledning. Slutliga metallskikt och sektion: När alla metallskikt har tillverkats skivas enheten och skivan skärs i enskilda chips.

Passivering och tillverkning av kuddar

Passiveringsskiktavlagring: Efter att det översta metallskiktet är klart deponeras Sio₂ och Si₃n₄ som passiveringsskikt för att skydda chipet från skador från den yttre miljön.

Pad litografi och korrosion: Litografi av dynan utförs med hjälp av en specifik litografipel, och sedan avlägsnas passiveringsskiktet på dynan som måste ledas genom etsning för att bilda blyplattan.

0. 18μMCMOS Back End Copper Interconnect Process

Den huvudsakliga skillnaden mellan kopparens interconnect-process och aluminium-sammankopplingsprocessen är användningen av koppar som metall interconnect-material och användningen av en låg-K-dielektrik som isoleringsmaterial mellan metallskikten. Följande är de detaljerade stegen i kopparens sammankopplingsprocess:

Förvaring före metall

Medieavlagring och planarisering: Först deponeras odopade TEO: er som basmediaskiktet, följt av BPSG-avsättning och hög temperaturdensifiering och planarisering. Ett ytterligare lager av odopade TEO: er deponeras sedan som det slutliga dielektriska skiktet före metall.

Tillverkning av kontakthål

Kontakthålslitografi och korrosion: I likhet med aluminium -sammankopplingsprocessen är kontakthålen litografi med en specifik litografipel, och sedan tas det dielektriska skiktet som inte täcks av fotoresisten av korrosion.

Kontakthålfyllning: Ett tunt lager av Ti och tenn avsätts som ett vidhäftnings- och barriärskikt med CVD (kemisk ångavsättning), följt av avsättning av W för fyllning. Överskottet W på ytan avlägsnas av CMP för W, och den slutliga kontaktporstrukturen bildas.

Tillverkning av metallskikt 1

Dielektrisk avsättning med låg-K: Beläggning av låg-K-dielektrisk för att minska parasitkapacitansen. Litografi och etsning av metallskikt: Sio₂ deponeras som ändskiktet för etsningen, och sedan utförs metall 1 litografi och etsning för att bilda en metall 1- fylld spår.

Kopparfyllning & CMP: TA avsätts som ett infiltrerande lager av koppar, och sedan avsätts kopparfyllningsspåren med CVD -metoden. Överskott av koppar på ytan avlägsnas av CMP för att bilda en sammankopplad struktur av metall 1.

Tillverkning av metallskikt 2

Etchbarriär och låg K -mediaavlagring: Sin avsätts som etsbarriärskiktet, och sedan är de låga K -medierna och Sio₂ belagda som etsningsändskiktet och fyllningsskiktet. Litografi och etsning av genomhål och metallskikt: litografi och etsning av genomgångshål 1 utförs för att bilda en genomgående hålstruktur. Detta följs av fotolitografi och etsning av metall 2 för att bilda ett mönster av metall 2.

Kopparfyllning & CMP: Det TA-infiltrerade skiktet avsätts med PVD, följt av spåret är fylld med CVD-avsatt koppar. Överskott av koppar på ytan avlägsnas av CMP för att bilda en sammankopplad struktur av metall 2.

Tillverkning av multi-lagers metallförbindelser och kuddar

Efterföljande metallskiktstillverkning: Tillverkningsprocessen för metall 3 och dess övre skikt liknar det för metall 2, inklusive avsättning av etsningsbarriärlager, låg-K-media, SiO₂, litografi, etsning, kopparfyllning och CMP.

PASSIVATION OCH PAD -tillverkning: Efter att det övre metallskiktet är slutförd, avsätts Si₃n₄ och SiO₂ med PECVD -metoden som passiveringsskyddsskiktet för enheten, och sedan utförs padet fotolitografi och korrosionsbehandling utförs för att bilda bly PAD -området.

Genom ovanstående steg slutfördes hela tillverkningsprocessen för 0. 18 um CMOS-back-end koppar-sammankopplingsprocess.