此節(jié)以半導(dǎo)體的代表,CMOS-半導(dǎo)體為例,對(duì)前段制程FEOL進(jìn)行詳細(xì)說明。此說明將依照FEOL主要制程的剖面構(gòu)造模型,說明非常詳細(xì),但一開始先掌握大概即可。前段制程的前半為“FEOL制程”
1.準(zhǔn)備一塊直徑300 m m(12英寸)、厚0?775mm、雙面鏡面研磨的p型矽晶圓。
2.將矽晶圓洗凈,加熱,經(jīng)由加熱氧化法使矽(Si)與氧(o?)產(chǎn)生反應(yīng),形成二氧化矽(SiO4)膜,接著以矽烷(SiH4)與氨氣進(jìn)行氣相反應(yīng),生成矽氮化(Si3N4)膜(CVD:將晶圓放入化學(xué)反應(yīng)器,并將預(yù)計(jì)成膜的氣體流入,使薄膜發(fā)生堆積的方法)。
3.在矽晶圓表面涂上稱為光阻的感光性樹脂材料,用氟化氫(ArF)準(zhǔn)分子雷射激光器透過光罩照射晶圓,將光罩上的圖樣縮小成1/4轉(zhuǎn)印在晶圓上。光罩亦可稱為Reticle,為用絡(luò)(Cr)薄膜,將欲轉(zhuǎn)印的圖樣的四倍尺寸大小的圖樣形成在石英板上,分子雷射激光器在有鉻金屬的位置被遮蔽、石英部分則可以穿透。
4.借由顯像處理,可在光阻上形成圖樣。制程③及④合稱為“黃光微影制程”。
5.以光阻形成的圖樣做為遮罩,依次序?qū)i3N4膜、SiO2膜、Si表面進(jìn)行干式蝕刻,在矽基板表面形成“淺溝”。
6.將光阻剝離后,在洗凈的晶圓上以SiH4及O2的CVD堆積上較厚的SiO2膜。
7.以化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)法對(duì)較厚的SiO2,膜進(jìn)行研磨,形成淺溝內(nèi)埋藏有SiO2膜的構(gòu)造。
8.將Si3N4以蝕刻全部去除并洗凈,透過黃光微影制程,將基底圖樣一部分以光阻覆蓋,剩余部份則在基板表面注入磷(P)離子,形成打入式n型導(dǎo)電性區(qū)域的“n-well(電子井)”。
9.在光阻剝除后,將晶圓表面的SiO2膜去除,并將清洗的晶圓重新加熱氧化,使長(zhǎng)成閘極絕緣層(SiO2)。
10.借由CVD法,將SiH4氣體在氮?dú)猓∟2)中熱分解,以長(zhǎng)成多晶矽(Poly-Si)。
11.以黃光微影法在多晶矽(Poly-Si)上形成圖案,并在“閘極電極”形成后,以黃光微影制程將基底圖案的一部分以光阻遮蓋,剩下的部分則注入磷離子,形成與閘極電極自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)性(self-align)的n-通道MOS電晶體的源極與汲極n型區(qū)域。接著,以同樣的制程,將硼(B)離子與閘極電極自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)的方式注入,形成p-通道MOS電晶體的源極與汲極p型區(qū)域。
12.經(jīng)光阻剝除,清洗,以CVD法長(zhǎng)成整面的厚型SiO2膜,并以高度非等向性干式蝕刻,使電極側(cè)面形成SiO2側(cè)墻”。
13.以光阻覆蓋p-通道MOS電晶體的部分,以砷(As)對(duì)側(cè)墻進(jìn)行自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)的離子注入,形成n-通道MOS電晶體的源極與汲極n+區(qū)域(n型不純物濃度較高的區(qū)域)。接著,以同樣的制程,以硼(B)對(duì)側(cè)墻進(jìn)行自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)的離子注入,形成P-通道MOS電晶體的源極與汲極p+區(qū)域(p型不純物濃度較高的區(qū)域)。
14.將鎳(Ni)以濺鍍方式在整面晶圓上形成,并進(jìn)行熱處理,在矽基板表面及閘極多晶矽(Poly-Si)接觸的部分,鎳與矽反應(yīng)成二矽化鎳(NiSi2),其余的部分則維持鎳的型態(tài)。
15.將晶圓浸入稀氟酸(DHF)中,鎳溶解、二矽化鎳保留,閘極多晶矽、源極、汲極區(qū)域的表面也保留自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)的NiSi2膜構(gòu)造。此為“自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)式矽”的意思,簡(jiǎn)稱為“金屬矽化”。
16.以CVD法在整個(gè)晶圓表面堆積一層厚厚的二氧化矽膜(SiO2膜),再以CMP法將表面研磨,呈現(xiàn)完全平坦。
以上為前段制程FEOL的主要制程。
制程看起來(lái)非常復(fù)雜繁瑣,各位讀者可以先簡(jiǎn)單認(rèn)知為,這是為了達(dá)成“在矽晶圓上做出各種元件的制程”目的,前段所需要的各種操作。
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原文標(biāo)題:前段制程FEOL---晶圓上的元件制程
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