半導(dǎo)體行業(yè)之ICT技術(shù)的工藝流程

CMOS集成電路芯片加工技術(shù)的幾個主要發(fā)展發(fā)生在20世紀(jì)90年代。從CZ法單晶硅晶棒上切割下來的硅晶圓都含有微量的氧和碳，這些元素來自于坩堝材料。為了消除這些雜質(zhì)并提高芯片的性能，先進的CMOS集成電路芯片使用了硅外延（見下圖）。淺溝槽隔離（見下圖）取代了LOCOS隔離以防止相鄰晶體管之間的干擾。側(cè)壁間隔層用于形成抑制亞微米器件熱電子效應(yīng)的輕摻雜漏（LDD）技術(shù)，并形成自對準(zhǔn)硅化物以減少柵極和局部連線的電阻。由于硅化物具有比多晶硅低的電阻率，所以可以提高器件的速度并降低功耗。20世紀(jì)90年代最常用的硅化物是硅化鈣和鈦硅化物。在此期間，IC芯片的電源電壓逐漸從12V降低到3.3V,因此，就需要使用閾值電壓調(diào)整注入過程，以確保正常關(guān)閉的NMOS可以打開，以及正常開啟的PMOS可以關(guān)閉。以上的工藝流程顯示了一個自對準(zhǔn)硅化物工藝過程，鈦硅化物在多晶硅柵頂端和源/漏同時形成。源/漏硅化物降低了接觸電阻。

20世紀(jì)90年代以前，大多數(shù)IC制造商制造自己的加工工具并開發(fā)自己的IC工藝。半導(dǎo)體設(shè)備公司在20世紀(jì)90年代迅速發(fā)展，他們不僅提供制造工具，而且還給IC制造廠提供整合的工藝流程。能夠在同一主機下運行不同工藝的配套工具在IC產(chǎn)業(yè)界非常受歡迎。因為單晶圓處理系統(tǒng)有更好的晶圓對晶圓均勻性控制，所以被廣泛使用。而批處理系統(tǒng)具有較高的產(chǎn)量，所以現(xiàn)在仍然用在許多非關(guān)鍵性工藝中。

20世紀(jì)90年代，光刻技術(shù)的曝光波長從紫外光（UV）降低到248nm的深紫外光（DUV）范圍。因為負(fù)光刻膠無法將小于3um的線條圖形化，所以光刻中使用了正光刻膠。步進機取代了其他的對準(zhǔn)和曝光系統(tǒng)，而整合的晶圓軌道機一步進機系統(tǒng)可以在一個工藝流程中執(zhí)行光刻膠涂敷、烘烤、對準(zhǔn)曝光以及顯影。所有的圖形刻蝕都是等離子體刻蝕過程，而濕法刻蝕仍然廣泛應(yīng)用于整面全區(qū)薄膜去除、測試晶圓的刻蝕和清洗，以及CVD薄膜的質(zhì)量控制工藝中。立式高溫爐因為占據(jù)更小的面積和更好的污染控制而成為主導(dǎo)。快速熱處理（RTP）系統(tǒng)因為有更好的熱積存控制而應(yīng)用于離子注入后退火和金屬硅化物的形成工藝中。濺射取代了蒸發(fā)成為金屬沉積工藝的一種選擇，直流磁控濺射系統(tǒng)是現(xiàn)在最常見的金屬物理氣相沉積（BVD）系統(tǒng)。

由于晶體管的數(shù)量顯著增加，單層金屬已不再足以連接硅表面上的微電子元器件，因此使用了多層金屬互連。常用CVD鎢沉積填充狹窄的接觸窗和金屬層間接觸孔，并以栓塞的形式連接不同的導(dǎo)電層。鈦和氮化鈦被廣泛用于阻擋層和鎢的附著層。鈦也同時用于鋁銅合金的焊接層以減少接觸電阻，而且氮化鈦也成為抗反光薄膜（ARC）的一種選擇。

BPSG普遍用于金屬沉積前的電介質(zhì)（PMD）。通過添加硼的硅酸鹽玻璃，玻璃化再流動溫度可以從約1100攝氏度降低到800攝氏度。這有助于減小熱積存，因為當(dāng)特征尺寸縮小時，熱積存也必須減小。PE-TEOS和O3-TEOS工藝廣泛用于STI電介質(zhì)CVD、側(cè)壁間隔層和互連。鎢栓塞工藝中，CMP工藝通常用于從晶圓表面移除大量的CVD鈞金屬層。CMP也廣泛用于硅玻璃表面的平坦化，以達(dá)到更好的光刻分辨率使后續(xù)的金屬沉積過程更容易。下圖顯示了20世紀(jì)90年代中期工藝技術(shù)制造的CMOSIC芯片橫截面示意圖。

審核編輯：劉清