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半导体晶元的制造过程
制造一个半导体IC,需要经过数百道极其细微的加工工序。
在这个部分我们将简要介绍半导体IC的Process Flow(工艺流程)。
补充说明
Process 本公司作为代工公司,承包生产半导体IC。在Process Flow(工艺流程)这个部分,我们将简要地介绍半导体IC的制造工序。
FEOL(Front End of Line : 基板工序、半导体晶元制造工序的前半部分)
在硅基板上制造出晶体管等部件。
BEOL(Back End of Line:布线工序、半导体晶元制造工序的后半部分)
将在FEOL制造的各部件与金属材料连接布线,以形成电路。
1. 元件隔离
晶体管是在硅晶片的表面附近形成晶。
为保证每个晶体管的独立运行,需要阻止与之相邻的晶体管的干扰。因此,晶体管的形成区域是相互隔离的。实现这样的元件隔离的方法有好几种。
在这里我们介绍的是一种叫做STI(Shallow Trench Isolation)的技术。
2. 井道形成
在一个芯片中,分别制作出n型MOS晶体管与p型MOS晶体管。
在各自的晶体管制作区域,以适当的浓度的注入各个晶体管所需的杂质(n型MOS:p井,n沟道;p型MOS: n井,p沟道)。另外,可通过追加掺入不同的杂质及不同浓度的剂量來分别制作不同电压/特征的晶体管。
3. 栅极氧化及闸形成
这是决定晶体管性能的最重要的工序。
因为栅极氧化影响晶体管的性能及可靠性极大,所以需要在晶片表面形成分布均匀的高密度薄膜。
由于闸形成的尺寸也会对晶体管的性能产生重要影响,因此有必要对光刻胶形成以及栅极蚀刻进行严格的尺寸管理。
并且,利用CVD法来沉积多晶硅可形成栅电极。
4. LDD形成
LDD(Lightly Doped Drain,轻掺杂漏)的形成是为了避免晶体管微型化带来的不利影响(操作速度变慢等)。
LDD也被称为扩展。
n型LDD:在n型MOS的区域内加入n型杂质(如磷,砷等)。
p型LDD:在p型MOS的区域内加入p型杂质(如硼等)。
5. 侧壁间隔
为形成上述的LDD及,栅极、源极、漏极的硅化(下述),需要仅在栅极的水平方面(两端)的壁部形成氧化膜。
侧壁氧化膜:在整个晶片表面形成氧化膜。
侧壁蚀刻:在氧化膜上实施异向性(垂直方向)的蚀刻,使得氧化膜仅残留在栅极的侧壁。
6. 源极与漏极
n型MOS与p型MOS领域内会各自形成源极和漏极。通常情况下,晶体管左右
对称,所以形状也相同。电源的连接方向决定哪一端是源极或漏极。
p型源极与漏极:p型MOS区域内掺入p型杂质(如硼等)。
n型源极与漏极:n型MOS区域内掺入n型杂质(如磷,砷等)。
7. 源极与漏极
对MOS的三个电极即栅极(多晶硅)、源极、漏极(硅)进行硅化(与金属的化合物)后,可以降低对金属布线层的电阻。同时,也可以降低各自电极滋生的电阻。
硅化:通过化学蚀刻(自对准硅化),选择性地仅去除钴薄膜。
8. 介质膜
9. 接触孔
为了将晶体管的三个电极即栅极、源极、漏极透過介质膜之上的金属层相互连接,要对介质膜进行开孔(接触孔)并填充W(钨)。
插件钨填充:於接触孔内填充钨。
插件钨抛光:对表面进行抛光,去除多余的钨,使得钨仅留在接触孔的内部。
10. 金属-1
形成介质膜,挖沟槽,於沟槽填充Cu(铜)。
仅向沟槽内填充Cu(铜)的方式也被称为单镶嵌(single damascene)。
金属-1 Cu(铜)填充:通过电镀的方式向沟槽填充Cu(铜)。
金属-1 Cu(铜)抛光:对表面进行抛光以去除Cu膜(铜膜),使得Cu(铜)仅留在沟槽内部。
11. 金属-2
形成介质膜,挖孔及沟槽,於孔和沟槽填充Cu(铜)。通过同时向孔及沟槽填充Cu(铜)的方式被称作双镶嵌(dual damascene)。
金属-2 Cu(铜)填充:通过电镀的方式向孔及沟槽填充Cu(铜)。
金属-2 Cu(铜)抛光:对表面进行抛光以去除Cu膜(铜膜),使得Cu(铜)仅留在孔及沟槽内部。