光子学器件与工艺 主讲:张荣君 E-mail: richang(fudan.edu.cn 复旦大学信息学院 光科学与工程糸 2008,9-2009,1 zhang@fudan.edu.cn复旦大学张荣君
rjzhang@fudan.edu.cn 复旦大学 张荣君 光子学器件与工艺 复旦大学信息学院 光科学与工程系 2008,9 - 2009,1 主 讲：张荣君 E-mail：rjzhang@fudan.edu.cn
集成电路工艺简介 部分有源和无源器件用到的工艺 zhang@fudan.edu.cn复旦大学张荣君
rjzhang@fudan.edu.cn 复旦大学 张荣君 集成电路工艺简介 部分有源和无源器件用到的工艺
集成电路工艺就是在硅片上执行 系列复杂的化学和物理操作,制作 出所要的器件和电路。这些操作分为 4大类: 1.薄膜; W2 LD-2 2光刻; 警M签 W1 L 3.刻蚀; P++ p++field or s A+ p+ n-well p-well 4.掺杂; zhang@fudan.edu.cn复旦大学张荣君
rjzhang@fudan.edu.cn 复旦大学 张荣君 集成电路工艺就是在硅片上执行 一系列复杂的化学和物理操作，制作 出所要的器件和电路。这些操作分为 4大类： 1. 薄膜； 2. 光刻； 3. 刻蚀； 4. 掺杂； M-2 M-2 W2 IL D- 1 IL D- 1 n-well p-well W1 W1 M-1 M-1 field oxide field oxide n+n+ p+p+ n++ n++ p++ p++ p++ p++ n++ n++ n++ n++ p++ p++ ILD-2
典型的PN结隔离的掺金TTL电路工艺流程 底制备次氧化隨埋层光刻魔埋层扩散{外延淀积 基区光刻再氧化 隔离扩散 隔离光刻 热氧化 基区扩散□再分布及氧化一发射区光刻背面掺金发射区扩散 铝合金[反刻铝}[铝淀积]接触孔光刻再分布及氧化 淀积钝化层一压焊块光刻 中 zhang@fudan.edu.cn复旦大学张荣君
rjzhang@fudan.edu.cn 复旦大学 张荣君 典型的PN结隔离的掺金TTL电路工艺流程 衬底制备 一次氧化 隐埋层扩散 外延淀积 再氧化 隔离扩散 隔离光刻 热氧化 基区扩散 再分布及氧化 发射区光刻 背面掺金 发射区扩散 反刻铝 铝淀积 接触孔光刻 隐埋层光刻 基区光刻 再分布及氧化 铝合金 淀积钝化层 压焊块光刻 中测
CMOS Manufacturing steps 1. Twin-well Implants Passivation layer 2. Shallow Trench Isolation 3. Gate Structure 4. Lightly Doped Drain Implants ILD-5 M-4 5. Sidewall Spa ILD-4 C5 6. Source/Drain Implants LD-3 7. Contact Formation 8. Local Interconnect ILD-2 9. Interlayer Dielectric to Via-1 34438%%A3 M-122 13 ILD-1 10. First Metal layer 11. Second ild to via-2 LI oxide 12. Second Metal Layer to Via-3 13. Metal-3 to Pad Etch p Epitaxial layer 14. Parametric Testing p* Silicon substrate zhang@fudan.edu.cn复旦大学张荣君
rjzhang@fudan.edu.cn 复旦大学 张荣君 1. Twin-well Implants 2. Shallow Trench Isolation 3. Gate Structure 4. Lightly Doped Drain Implants 5. Sidewall Spacer 6. Source/Drain Implants 7. Contact Formation 8. Local Interconnect 9. Interlayer Dielectric to Via-1 10. First Metal Layer 11. Second ILD to Via-2 12. Second Metal Layer to Via-3 13. Metal-3 to Pad Etch 14. Parametric Testing Passivation layer Bonding pad metal p+ Silicon substrate LI oxide STI n-well p-well ILD-1 ILD-2 ILD-3 ILD-4 ILD-5 M-1 M-2 M-3 M-4 Poly gate p- Epitaxial layer pp++ ILD-6 LI metal Via pp++ pp++ n+ n+ n+ 2 3 1 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 CMOS Manufacturing Steps
IC平面工艺 核心:在半导体材料表面生长一层氧化层,再 采用光刻在SO2层上刻出窗口,利用SO2对杂 质的掩蔽特性,实现Si中的选择性掺杂,形成所 需元器件;然后利用金属互连技术将所有元器 件按照要求连接,实现完成功能的集成电路; 隔离和互连是当今工艺技术的两大难题; 发展趋势:实现低温(或高温快速化)处理、 平面化加工、干法、低损伤刻蚀,及低缺陷密 度(提高成品率)的控制。 zhang@fudan.edu.cn复旦大学张荣君
rjzhang@fudan.edu.cn 复旦大学 张荣君 IC平面工艺 • 核心：在半导体材料表面生长一层氧化层，再 采用光刻在SiO2层上刻出窗口，利用SiO2对杂 质的掩蔽特性，实现Si中的选择性掺杂，形成所 需元器件；然后利用金属互连技术将所有元器 件按照要求连接，实现完成功能的集成电路； • 隔离和互连是当今工艺技术的两大难题； • 发展趋势：实现低温（或高温快速化）处理、 平面化加工、干法、低损伤刻蚀，及低缺陷密 度（提高成品率）的控制
IC制造厂典型的硅片流程模型 娃片制造(前端) 硅片起始 无图形的硅片且 薄膜 抛光 完成的硅片 扩散 光刻 刻蚀 测试拣选 注入 6个独立的生产区:扩散、光刻、刻蚀、薄膜、离子注入和抛光 zhang@fudan.edu.cn复旦大学张荣君
rjzhang@fudan.edu.cn 复旦大学 张荣君 IC制造厂典型的硅片流程模型 6个独立的生产区：扩散、光刻、刻蚀、薄膜、离子注入和抛光
扩散区:扩散区的主要设备是高温扩散 炉和湿法清洗设备;完成的工艺流程包 括:氧化、扩散和退火等; 光刻区(黄光区):主要设备是涂胶显影 设备,完成涂胶、甩胶、烘干、曝光和 显影工艺; 刻蚀区:主要设备是等离子体刻蚀机、 等离子体去胶机和湿法清洗设备,完成 刻蚀工艺,在硅片上没有被光刻胶保护 的区域刻出图形。 zhang@fudan.edu.cn复旦大学张荣君
rjzhang@fudan.edu.cn 复旦大学 张荣君 扩散区：扩散区的主要设备是高温扩散 炉和湿法清洗设备；完成的工艺流程包 括：氧化、扩散和退火等； 光刻区(黄光区)：主要设备是涂胶/显影 设备，完成涂胶、甩胶、烘干、曝光和 显影工艺； 刻蚀区：主要设备是等离子体刻蚀机、 等离子体去胶机和湿法清洗设备，完成 刻蚀工艺，在硅片上没有被光刻胶保护 的区域刻出图形
离子注入区:离子注入机和去胶机和湿 法清洗等设备;完成离子注入工艺。 薄膜生长区:主要设备是CVD、PVD SOG系统、RTP系统以及湿法清洗设 备;完成介质和金属层的淀积 抛光区:主要设备是CMP和清洗设备和 测量工具;完成硅片表面平坦化工艺。 zhang@fudan.edu.cn复旦大学张荣君
rjzhang@fudan.edu.cn 复旦大学 张荣君 离子注入区：离子注入机和去胶机和湿 法清洗等设备；完成离子注入工艺。 薄膜生长区：主要设备是CVD、PVD、 SOG系统、RTP系统以及湿法清洗设 备；完成介质和金属层的淀积。 抛光区：主要设备是CMP和清洗设备和 测量工具；完成硅片表面平坦化工艺
薄膜制备工艺 zhang@fudan.edu.cn复旦大学张荣君
rjzhang@fudan.edu.cn 复旦大学 张荣君 一、薄膜制备工艺