微电子制造工艺文件2.docx

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微电子制造工艺文件2.docx

微电子制造工艺文件2

微电子制造工艺文件

项目名称：

CMOS的工艺文件

项目编号：

团队负责人：

王昕

团队成员：

王昕朱浚哲周嘉吴康宋嘉棋

陈学志

指导教师：

陈邦琼

文件页数：

2015年10月25日

工艺文件目录

编号

名称

编者

硅片清洗

王昕

垫氧化

王昕

低气压化学气相淀积氮化物

王昕

第一次光刻

王昕

第一块掩膜板

王昕

局部氧化

王昕

显影

王昕

氮化物刻蚀

陈学志

去除光刻胶

陈学志

隔离区注入

陈学志

场氧化

陈学志

去除氮化物和垫氧层，并清洗

陈学志

掩蔽氧化

陈学志

第二次光刻

陈学志

N阱注入

宋嘉棋

N阱驱动

宋嘉棋

生长栅氧化层

宋嘉棋

淀积多晶硅

宋嘉棋

第三次光刻

宋嘉棋

多晶硅刻蚀

宋嘉棋

第四次光刻

周嘉

N型源/漏区离子注入

周嘉

第五次光刻

周嘉

硼离子注入去胶退火

吴康

积淀氮化物膜钝化回流

吴康

涂胶曝光显影

吴康

接触孔刻蚀

朱俊哲

金属淀积

朱俊哲

第七块掩膜版金属互连

朱俊哲

化学气相淀积USG

朱俊哲

化学气相淀积氮化物形成钝化物

朱俊哲

微电子制造工艺文件

单位名称

第三组

项目名称：

Cmos工艺

工艺名称

硅片清洗

工艺文件编号：

所需设备清单

工

艺

步

骤

工艺内容

相关标准

2、清洗工艺

2.1RCA清洗法

RCA清洗法又称工业标准湿法清洗工艺，是由美国无线电公司（RCA）的Kem和Puotinen等人于20世纪60年代提出后，由此得名。

RCA湿法清洗由两种不同的化学溶液组成，主要洗液成分见表2.1，表2.2，表2.3。

SPM具有很高的金属氧化能力，可将金属氧化后溶于清洗液中，并能将有机物氧化生成二氧化碳和水。

用SPM清洗硅片可以去除表面的种有机沾污和部分金属，当沾污特别严重时，难以去除干净。

DHF（HF），可以去除硅片表面的自然氧化膜，同时抑制氧化膜的形成。

易去除硅表面的Al、Fe、Zn、Ni等金属，也可以去除自然氧化膜上的氢氧化物。

在自然那氧化膜被腐蚀掉时，硅片几乎不被腐蚀。

　　表2.1基础的RCA清洗剂配方

SC-1清洗液是能去除颗粒和有机物质的碱性溶液。

由于过氧化氢为强氧化剂，能氧化硅片表面和颗粒。

颗粒上的氧化层能提供消散机制，分裂并溶解颗粒，破坏颗粒和硅片表面之间的附着力，而脱离硅表面。

过氧化氢的氧化效应也在硅片表面形成一个保护层，阻止颗粒重新粘附在硅片表面。

随后将硅片放入到10%的HF溶液中浸泡2分钟，可以将硅片表面自然生成的氧化膜去除并抑制氧化膜再次形成，同时HF酸还可以将附着在氧化膜上的金属污染物溶解掉。

SC-2湿法清洗工艺用于去除硅片表面的金属。

用高氧化能力和低PH值的溶液，才能去除表面的金属粘污。

此时，金属被氧化成为离子并溶于酸液中，金属和有机物粘污中的电子被清洗液俘获并氧化。

因此电离的金属溶于溶液中，而有机杂质被分解。

这就是RCA清洗方法的机理。

继续用HF在室温下清洗硅片2分钟，最后用去离子水超声清洗数次去除残留的洗液。

　　表2.2RCA清洗剂配方

改进的RCA清洗工艺溶液配比见表2.3。

RCA-1（H2O/NH4OH/H2O2）型洗液：

硅片表面的自然氧化层（SiO2）和Si被NH4OH腐蚀，因此附着在硅片表面的颗粒便分散于清洗液中，从而去除表面的颗粒。

在NH4OH腐蚀硅表面的同时，H2O2又在氧化硅表面形成新的氧化膜。

RCA-2（H2O/HCl/H2O2）：

用于除去硅片表面的Na、Fe、Mg等金属沾污，在室温下就能除去Fe和Zn。

　　表2.3改进的RCA清洗剂配方

工艺设计者：

批准人：

微电子制造工艺文件

单位名称

第三组

项目名称：

Cmos工艺

工艺名称

垫氧化

工艺文件编号：

所需设备清单

工

艺

步

骤

工艺内容

相关标准

操作规程回火后得垫圈装在钢丝蓝中，然后进入酸洗池来回翻动垫圈，确保将铁锈去，

去锈后得垫圈依次通过二只流动的清水池冲洗，

色泽成银白色，再进入预热水池中，确保将盐酸洗净，

垫圈呈现本色为止垫圈进入氧化池内应多摆动，且不能露面或贴炉底，

视氧化垫圈多少往里少许加入亚硝酸钠，并加入少量水确保氧化液达到足够比例，

另新配的化液一定要进行“铁屑处理”，

使溶液中含有一定量的铁或者加入少量旧的氧化液垫圈出氧化池后在清水池中清洗，

切忌剧烈摇动以防止工件磨擦碰伤氧化膜将垫圈水洗干净后放入热皂水中，

皂化要均匀用冷油净化多余皂化液，然后进入热油槽，

使垫圈中的水份全部蒸发用甩油机甩去垫圈表层油

工艺设计者：

批准人：

设计日期：

201年月日

指导教师：

微电子制造工艺文件

单位名称

第三组

项目名称：

Cmos工艺

工艺名称

低气压化学气相淀积氮化物

工艺文件编号：

所需设备清单

工

艺

步

骤

工艺内容

相关标准

低压化学气相淀积

低压力化学气相沉积（LPCVD）广泛用于氧化硅、氮化物、多晶硅沉积,过程在管炉中执行，要求也相当高的温度。

LPCVD的优缺点

优点：

低成本、高产量；更好的膜性能；阶梯覆盖能力强；可以淀积大面积的晶片；

缺点：

淀积速率低；经常使用有毒性、腐蚀性、可燃性气体；所以一般用来成长品质要求比较高的薄膜；淀积温度较高；尤克里污染；

沉积可以采用加热的方法获取活化能，这需要在较高的温度下进行；也可以采用等离子体激发或激光辐射等方法获取活化能，使沉积在较低的温度下进行。

另外，在工艺性质上，由于化学气相沉积是原子尺度内的粒子堆积，因而可以在很宽的范围内控制所制备薄膜的化学计量比；同时通过控制涂层化学成分的变化，可以制备梯度功能材料或得到多层涂层。

在工艺过程中，化学气相沉积常常在开放的非平衡状态下进行，根据耗散结构理论，利用化学气相沉积可以获得多种晶体结构。

在工艺材料上，化学气相沉积涵盖无机、有机金属及有机化合物，几乎可以制备所有的金属（包括碳和硅），非金属及其化合物（碳化物、氮化物、氧化物、金属间化合物等等）沉积层。

另外，由于气态原子或分子具有较大的转动动能，可以在深孔、阶梯、洼面或其他形状复杂的衬底及颗粒材料上进行沉积。

为使沉积层达到所需要的性能，对气相反应必须精确控制。

工艺设计者：

批准人：

设计日期：

201年月日

指导教师：

微电子制造工艺文件

单位名称

第三组

项目名称：

Cmos工艺

工艺名称

第一次光刻

工艺文件编号：

所需设备清单

工

艺

步

骤

工艺内容

相关标准

1、硅片清洗烘干（CleaningandPre-Baking）

方法：

湿法清洗+去离子水冲洗+脱水烘焙（热板150～250C,1～2分钟，氮气保护）

目的：

a、除去表面的污染物（颗粒、有机物、工艺残余、可动离子）；b、除去水蒸气，使基底表面由亲水性变为憎水性，增强表面的黏附性（对光刻胶或者是HMDS-〉六甲基二硅胺烷）。

涂底

2、涂底（Priming）

方法：

a、气相成底膜的热板涂底。

HMDS蒸气淀积，200～250C,30秒钟；优点：

涂底均匀、避免颗粒污染；b、旋转涂底。

缺点：

颗粒污染、涂底不均匀、HMDS用量大。

目的：

使表面具有疏水性，增强基底表面与光刻胶的黏附性。

旋转涂胶

3、旋转涂胶（Spin-onPRCoating）

方法：

a、静态涂胶（Static）。

硅片静止时，滴胶、加速旋转、甩胶、挥发溶剂（原光刻胶的溶剂约占65～85%,旋涂后约占10～20%）；b、动态（Dynamic）。

低速旋转（500rpm_rotationperminute）、滴胶、加速旋转（3000rpm）、甩胶、挥发溶剂。

决定光刻胶涂胶厚度的关键参数：

光刻胶的黏度（Viscosity），黏度越低，光刻胶的厚度越薄；旋转速度，速度越快，厚度越薄；

影响光刻胶均匀性的参数：

旋转加速度，加速越快越均匀；与旋转加速的时间点有关。

一般旋涂光刻胶的厚度与曝光的光源波长有关（因为不同级别的曝光波长对应不同的光刻胶种类和分辨率）：

I-line最厚，约0.7～3μm；KrF的厚度约0.4～0.9μm；ArF的厚度约0.2～0.5μm。

软烘

4、软烘（SoftBaking）

方法：

真空热板，85～120C,30～60秒；

目的：

除去溶剂（4～7%）；增强黏附性；释放光刻胶膜内的应力；防止光刻胶玷污设备；

边缘光刻胶的去除

5、边缘光刻胶的去除（EBR，EdgeBeadRemoval）。

光刻胶涂覆后，在硅片边缘的正反两面都会有光刻胶的堆积。

边缘的光刻胶一般涂布不均匀，不能得到很好的图形，而且容易发生剥离（Peeling）而影响其它部分的图形。

所以需要去除。

方法：

a、化学的方法（ChemicalEBR）。

软烘后，用PGMEA或EGMEA去边溶剂，喷出少量在正反面边缘处，并小心控制不要到达光刻胶有效区域；b、光学方法（OpticalEBR）。

即硅片边缘曝光（WEE，WaferEdgeExposure）。

在完成图形的曝光后，用激光曝光硅片边缘，然后在显影或特殊溶剂中溶解；

对准

6、对准（Alignment）

对准方法：

a、预对准，通过硅片上的notch或者flat进行激光自动对准；b、通过对准标志（AlignMark），位于切割槽（ScribeLine）上。

另外层间对准，即套刻精度（Overlay），保证图形与硅片上已经存在的图形之间的对准。

工艺设计者：

批准人：

设计日期：

201年月日

指导教师：

微电子制造工艺文件

单位名称

第三组

项目名称：

Cmos工艺

工艺名称

第一块掩膜板

工艺文件编号：

所需设备清单

工

艺

步

骤

工艺内容

相关标准

工序

放置掩膜板

（1）利用旋转涂敷发在硅片表面上制备一层光刻胶

（2）将一束光通过掩膜板对光刻胶进行选择性曝光

常见问题：

a、烘烤不足（Underbake）。

减弱光刻胶的强度（抗刻蚀能力和离子注入中的阻挡能力）；降低针孔填充能力（GapfillCapabilityfortheneedlehole）；降低与基底的黏附能力。

b、烘烤过度（Overbake）。

引起光刻胶的流动，使图形精度降低，分辨率变差。

另外还可以用深紫外线（DUV，DeepUltra-Violet）坚膜。

使正性光刻胶树脂发生交联形成一层薄的表面硬壳，增加光刻胶的热稳定性。

在后面的等离子刻蚀和离子注入（125～200C）工艺中减少因光刻胶高温流动而引起分辨率的降低。

工艺设计者：

批准人：

设计日期：

201年月日

指导教师：

微电子制造工艺文件

单位名称

第三组

项目名称：

Cmos工艺

工艺名称

局部氧化

工艺文件编号：

所需设备清单

工

艺

步

骤

工艺内容

相关标准

6、对准（Alignment）

对准方法：

a、预对准，通过硅片上的notch或者flat进行激光自动对准；b、通过对准标志（AlignMark），位于切割槽（ScribeLine）上。

另外层间对准，即套刻精度（Overlay），保证图形与硅片上已经存在的图形之间的对准。

曝光

7、曝光（Exposure）

曝光中最重要的两个参数是：

曝光能量（Energy）和焦距（Focus）。

如果能量和焦距调整不好，就不能得到要求的分辨率和大小的图形。

表现为图形的关键尺寸超出要求的范围。

曝光方法：

a、接触式曝光（ContactPrinting）。

掩膜板直接与光刻胶层接触。

曝光出来的图形与掩膜板上的图形分辨率相当，设备简单。

缺点：

光刻胶污染掩膜板；掩膜板的磨损，寿命很低（只能使用5～25次）；1970前使用，分辨率〉0.5μm。

b、接近式曝光（ProximityPrinting）。

掩膜板与光刻胶层的略微分开，大约为10～50μm。

可以避免与光刻胶直接接触而引起的掩膜板损伤。

但是同时引入了衍射效应，降低了分辨率。

1970后适用，但是其最大分辨率仅为2～4μm。

c、投影式曝光（ProjectionPrinting）。

在掩膜板与光刻胶之间使用透镜聚集光实现曝光。

一般掩膜板的尺寸会以需要转移图形的4倍制作。

优点：

提高了分辨率；掩膜板的制作更加容易；掩膜板上的缺陷影响减小。

投影式曝光分类：

扫描投影曝光（ScanningProjectPrinting）。

70年代末～80年代初，〉1μm工艺；掩膜板1：

1，全尺寸；

步进重复投影曝光（Stepping-repeatingProjectPrinting或称作Stepper）。

80年代末～90年代，0.35μm（Iline）～0.25μm（DUV）。

掩膜板缩小比例（4：

1），曝光区域（ExposureField）22×22mm（一次曝光所能覆盖的区域）。

增加了棱镜系统的制作难度。

扫描步进投影曝光（Scanning-SteppingProjectPrinting）。

90年代末～至今，用于≤0.18μm工艺。

采用6英寸的掩膜板按照4：

1的比例曝光，曝光区域（ExposureField）26×33mm。

优点：

增大了每次曝光的视场；提供硅片表面不平整的补偿；提高整个硅片的尺寸均匀性。

但是，同时因为需要反向运动，增加了机械系统的精度要求。

在曝光过程中，需要对不同的参数和可能缺陷进行跟踪和控制，会用到检测控制芯片/控片（MonitorChip）。

根据不同的检测控制对象，可以分为以下几种：

a、颗粒控片（ParticleMC）：

用于芯片上微小颗粒的监控，使用前其颗粒数应小于10颗；b、卡盘颗粒控片（ChuckParticleMC）：

测试光刻机上的卡盘平坦度的专用芯片，其平坦度要求非常高；c、焦距控片（FocusMC）：

作为光刻机监控焦距监控；d、关键尺寸控片（CriticalDimensionMC）：

用于光刻区关键尺寸稳定性的监控；e、光刻胶厚度控片（PhotoResistThicknessMC）：

光刻胶厚度测量；f、光刻缺陷控片（PDM，PhotoDefectMonitor）：

光刻胶缺陷监控。

工艺设计者：

批准人：

设计日期：

201年月日

指导教师：

微电子制造工艺文件

单位名称

第三组

项目名称：

Cmos工艺

工艺名称

显影

工艺文件编号：

所需设备清单

工

艺

步

骤

工艺内容

相关标准

显影（Development）

方法：

a、整盒硅片浸没式显影（BatchDevelopment）。

缺点：

显影液消耗很大；显影的均匀性差；b、连续喷雾显影（ContinuousSprayDevelopment）/自动旋转显影（Auto-rotationDevelopment）。

一个或多个喷嘴喷洒显影液在硅片表面，同时硅片低速旋转（100～500rpm）。

喷嘴喷雾模式和硅片旋转速度是实现硅片间溶解率和均匀性的可重复性的关键调节参数。

c、水坑（旋覆浸没）式显影（PuddleDevelopment）。

喷覆足够（不能太多，最小化背面湿度）的显影液到硅片表面，并形成水坑形状（显影液的流动保持较低，以减少边缘显影速率的变化）。

硅片固定或慢慢旋转。

一般采用多次旋覆显影液：

第一次涂覆、保持10～30秒、去除；第二次涂覆、保持、去除。

然后用去离子水冲洗（去除硅片两面的所有化学品）并旋转甩干。

优点：

显影液用量少；硅片显影均匀；最小化了温度梯度。

显影液：

a、正性光刻胶的显影液。

正胶的显影液位碱性水溶液。

KOH和NaOH因为会带来可动离子污染（MIC，MovableIonContamination），所以在IC制造中一般不用。

最普通的正胶显影液是四甲基氢氧化铵（TMAH）（标准当量浓度为0.26，温度15～25C）。

在I线光刻胶曝光中会生成羧酸，TMAH显影液中的碱与酸中和使曝光的光刻胶溶解于显影液，而未曝光的光刻胶没有影响；在化学放大光刻胶（CAR，ChemicalAmplifiedResist）中包含的酚醛树脂以PHS形式存在。

CAR中的PAG产生的酸会去除PHS中的保护基团（t-BOC），从而使PHS快速溶解于TMAH显影液中。

整个显影过程中，TMAH没有同PHS发生反应。

b、负性光刻胶的显影液。

二甲苯。

清洗液为乙酸丁脂或乙醇、三氯乙烯。

显影中的常见问题：

a、显影不完全（IncompleteDevelopment）。

表面还残留有光刻胶。

显影液不足造成；b、显影不够（UnderDevelopment）。

显影的侧壁不垂直，由显影时间不足造成；c、过度显影（OverDevelopment）。

靠近表面的光刻胶被显影液过度溶解，形成台阶。

显影时间太长。

工艺设计者：

批准人：

设计日期：

201年月日

指导教师：

微电子制造工艺文件

单位名称

第三组

项目名称：

CMOS制造工艺文件

工艺名称

氮化物刻蚀

工艺文件编号：

所需设备清单

光刻胶、氮化硅、

工

艺

步

骤

工艺内容

相关标准

湿法刻蚀用于覆盖播磨的去除、

采用立体式氧化炉，能使硅片间距更小，更好的控制玷污。

工艺设计者：

陈学志批准人：

设计日期：

2015年10月25日

指导教师：

陈邦琼

微电子制造工艺文件

单位名称

第三组

项目名称：

CMOS制造工艺文件

工艺名称

去除光刻胶

工艺文编号：

所需设备清单

光刻胶、硅片、

工

艺

步

骤

工艺内容

相关标准

1、硅片清洗烘干（CleaningandPre-Baking）方法：

湿法清洗＋去离子水冲洗＋脱水烘焙（热板150～2500C,1～2分钟，氮气保护）

目的：

a、除去表面的污染物（颗粒、有机物、工艺残余、可动离子）；b、除去水蒸气，是基底表面由亲水性变为憎水性，增强表面的黏附性（对光刻胶或者是HMDS-〉六甲基二硅胺烷）。

2、涂底（Priming）

方法：

a、气相成底膜的热板涂底。

HMDS蒸气淀积，200～2500C,30秒钟；优点：

涂底均匀、避免颗粒污染；b、旋转涂底。

缺点：

颗粒污染、涂底不均匀、HMDS用量大。

目的：

使表面具有疏水性，增强基底表面与光刻胶的黏附性。

工艺设计者：

陈学志批准人：

设计日期：

2015年10月25日

指导教师：

陈邦琼

微电子制造工艺文件

单位名称

第三组

项目名称：

CMOS制造工艺文件

工艺名称

隔离区注入

工艺文件编号：

所需设备清单

硼离子、硅片

工

艺

步

骤

工艺内容

相关标准

工艺设计者：

陈学志批准人：

设计日期：

2015年10月25日

指导教师：

陈邦琼

微电子制造工艺文件

单位名称

第三组

项目名称：

CMOS制造工艺文件

工艺名称

场氧化

工艺文件编号：

所需设备清单

氮化硅、

工

艺

步

骤

工艺内容

相关标准

利用硅化物掩蔽氧化功能，在没有氮化硅层，并经硼离子注入的区域，生长一层场区氧化层，厚度约400nm

工艺设计者：

陈学志批准人：

设计日期：

2015年10月25日

指导教师：

陈邦琼

微电子制造工艺文件

单位名称

第三组

项目名称：

CMOS制造工艺文件

工艺名称

去除氮化物和垫氧层，并清洗

工艺文件编号：

所需设备清单

工

艺

步

骤

工艺内容

相关标准

隔离氧化层。

硅表面生长一层厚度约150埃氧化层；可以做为隔离层保护有源区在

去掉氮化物的过程中免受化学沾污。

2.氮化物淀积。

硅表面生长一薄层氮化硅：

a）由于氮化硅是坚固的掩膜材料，有助于

在STI氧化物淀积过程中保护有源区b）在CMP时充当抛光的阻挡材料。

工艺设计者：

陈学志批准人：

设计日期：

2015年10月25日

指导教师：

陈邦琼

微电子制造工艺文件

单位名称

第三组

项目名称：

CMOS制造工艺文件

工艺名称

掩蔽氧化

工艺文件编号：

所需设备清单

掩蔽剂、

工

艺

步

骤

工艺内容

相关标准

【氧化还原掩蔽法】是指在ＥＤＴＡ滴定过程中加入氧化剂或还原剂，改变干扰离子价态以消除干扰的方式。

工艺设计者：

陈学志批准人：

设计日期：

2015年10月25日

指导教师：

陈邦琼

微电子制造工艺文件

单位名称

第三组

项目名称：

CMOS制造工艺文件

工艺名称

第二次光刻

工艺文件编号：

所需设备清单

光刻胶、光刻胶、

工

艺

步

骤

工艺内容

相关标准

2.涂光刻胶

涂胶的目标是在晶圆表面建立薄的、均匀的，并且没有缺陷的光刻胶膜。

工艺设计者：

陈学志批准人：

设计日期：

2015年10月25日

指导教师：

陈邦琼

微电子制造工艺文件

单位名称

第三组

项目名称：

制造cmos的工艺文件

工艺名称

N阱注入

工艺文件编号：

所需设备清单

工

艺

步

骤

工艺内容

相关标准

1杂志气源检测与准备。

2待注入硅片准备。

3再次核对设备。

4离子注入。

5当注入完后，系统会报警，按下‘END’键，并使设备有关表头，有关数据转换到结束状态设定值。

工艺设计者：

宋嘉棋批准人：

设计日期：

2015年10月13日

指导教师：

陈邦琼

单位名称

第三组

项目名称：

制造cmos的工艺文件

工艺名称

N阱驱进

工艺文件编号：

所需设备清单

工

艺

步

骤

工艺内容

相关标准

1去除光刻胶,Nj阱扩散并生长sio2

2腐蚀si3N4,Nj阱注入并扩散

3有源区衬底氧化,生长si3N4,有源区光刻和腐蚀

4N管场注入光刻，N管场

工艺设计者：

宋嘉棋批准人：

设计日期：

2015年10月25日

指导教师：

陈邦琼

单位名称

第三组

项目名称：

制造cmos的工艺文件

工艺名称

生长栅氧化层

工艺文件编号：

所需设备清单

工

艺

步

骤

工艺内容

相关标准

1清洗硅片，去除沾污和氧化层

2把硅片放入氧化炉，在HCI气中生成二氧化硅膜

工艺设计者：

宋嘉棋批准人：

设计日期：

2015年10月25日

指导教师：

陈邦琼

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