與亞微米工藝類似,雙阱工藝是指形成NW和PW的工藝,NMOS 是制造在PW里的,PMOS是制造在NW里的。它的目的是形成PN 結隔離,使器件之間形成電性隔離,優化晶體管的電學特性。
1)清洗。利用酸槽清洗晶圓,得到清潔的表面。
2) 生長犧牲層氧化硅。利用爐管熱氧化生長一層二氧化硅薄膜,它是干氧氧化法。利用高純度的氧氣在900°C左右的溫度下使硅氧化,形成厚度約200~300A的二氧化硅。犧牲層氧化硅可以防止離子注入隧道效應,隔離光刻膠與硅襯底,防止光刻膠接觸污染硅襯底,也可以捕獲硅表面的缺陷。同時為了消除Si3N4對有源區表面的影響,改善表面狀態,生長犧牲層氧化硅是必需的。如圖4-160所示,是生長犧牲層氧化物的剖面圖。
3)NW光刻處理。通過微影技術將 NW 掩膜版上的圖形轉移到晶圓上,形成NW的光刻膠圖案,非NW 區域保留光刻膠。AA作為NW光刻曝光對準。如圖4-5所示,是電路的版圖,工藝的剖面圖是沿AA’方向。圖4-161 所示為 NW光刻的剖面圖。圖4-162 所示為NW顯影的剖面圖。
4)測量NW套刻,收集曝光之后的NW與 AA的套刻數據。
5)檢查顯影后曝光的圖形。
6)NW離子注入。利用離子注入形成n型的阱。圖4-163所示NW離子注入的剖面圖。NW 離子注入包括三道工序:
a)第一道離子注入磷,離子注入得比較深,能量很高,用以調節阱的濃度,降低阱的電阻,可以有效防止閂鎖效應。
b)第二道離子注入磷,離子注入得比較淺,能量比較低,作為溝道濃度調節,加大LDD 以下局部阱的濃度,使器件工作時該位置的耗盡層更窄,防止器件源漏穿通漏電。
c)第三道離子注入砷,離子注入表面,能量很低,調節PMOS閾值電壓Vt。
7)去光刻膠。利用干法刻蝕和濕法刻蝕去除光刻膠。圖4-164 所示為去除光刻膠的剖面圖。
8)PW光刻處理。與NW光刻處理類似,通過微影技術將PW掩膜版上的圖形轉移到晶圓上,形成PW的光刻膠圖案,非PW區域保留光刻膠。AA作為PW光刻曝光對準。圖4-5所示為電路的版圖,工藝的剖面圖是沿 AA'方向,圖4-165所示為PW光刻的剖面圖,圖4-166所示力PW 顯影的剖面圖。
9)測量PW套刻。收集曝光之后的PW與 AA的套刻數據。
10)檢查顯影后曝光的圖形。
11)PW離子注入。利用離子注入形成P型的阱。圖4-167所示為PW 離子注入的剖面圖。PW 離子注入包括三道工序:
a)第一道離子注入硼,離子注入得比較深,能量很高,用以調節阱的濃度,降低阱的電阻,可以有效防止閂鎖效應。
b)第二道離子注入硼,離子注入得比較淺,能量比較低,作為溝道濃度調節,加大LDD以下局部阱的濃度,使器件工作時該位置的耗盡層更窄,防止器件源漏穿通漏電。
c)第三道離子注入BF2,離子注入表面,能量很低,調節 NMOS 閾值電壓Vt。
12) 去光刻膠。利用干法刻蝕和濕法刻蝕去除光刻膠。圖4-168所示去除光刻膠的剖面圖。
13)NW和PW阱離子注入退火。利用 RTA 在H2環境中加熱退火激活 NW和PW的雜質離子,修復離子注入造成的硅襯底晶格損傷,同時會造成雜質的進一步擴散,快速熱退火可以降低雜質的擴散。
14)濕法刻蝕去除犧牲層氧化硅。利用HIF 和H2O(比例是50:1)去除犧牲層氧化硅。圖4-169所示為去除犧牲層氧化硅的剖面圖。
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原文標題:雙阱工藝-----《集成電路制造工藝與工程應用》 溫德通 編著
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