前段制程FEOL—晶圓上的元件制程

此節(jié)以半導體的代表，CMOS-半導體為例，對前段制程FEOL進行詳細說明。此說明將依照FEOL主要制程的剖面構造模型，說明非常詳細，但一開始先掌握大概即可。前段制程的前半為“FEOL制程”

1.準備一塊直徑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，形成二氧化矽（SiO4）膜，接著以矽烷（SiH4）與氨氣進行氣相反應，生成矽氮化（Si3N4）膜（CVD：將晶圓放入化學反應器，并將預計成膜的氣體流入，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（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.以化學機械研磨（CMP）法對較厚的SiO2，膜進行研磨，形成淺溝內(nèi)埋藏有SiO2膜的構造。

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，使長成閘極絕緣層（SiO2）。

10.借由CVD法，將SiH4氣體在氮氣（N2）中熱分解，以長成多晶矽（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對準性（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對準的方式注入，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法長成整面的厚型SiO2膜，并以高度非等向性干式蝕刻，使電極側面形成SiO2側墻”。

13.以光阻覆蓋p-通道MOS電晶體的部分，以砷（As）對側墻進行自動對準的離子注入，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）對側墻進行自動對準的離子注入，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對準的NiSi2膜構造。此為“自動對準式矽”的意思，簡稱為“金屬矽化”。

16.以CVD法在整個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。

制程看起來非常復雜繁瑣，各位讀者可以先簡單認知為，這是為了達成“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。