180纳米逻辑芯片制造流程.ppt

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资源描述
,018LGProcessIntroduction(1P6M),LogicCircuit:能够展现精确的模拟特性,,SOC与IC组成的系统相比,由于SOC能够综合并全盘考虑整个系统的各种情况,可以在同样的工艺技术条件下实现更高性能的系统指标若采用IS方法和0.35m工艺设计系统芯片,在相同的系统复杂度和处理速率下,能够相当于采用0.250.18m工艺制作的IC所实现的同样系统的性能与采用常规IC方法设计的芯片相比,采用SOC完成同样功能所需要的晶体管数目可以有数量级的降低,ASIC:为了满足消费者特定需求而专门设计的半导体电路,VDD,IN,OUT,CMOS反相器,VDD,Y,A1,A2,与非门:Y=A1A2,基本电路结构:MOS器件结构,基本电路结构:CMOS,18LGadopt27Photomask,ifincludeESDlayerAA/Poly/CT/M1M5/V1V5useDUVscanner(13layer)“DARC”CaponCriticallayerandTopM6Poly10secN2(PVD),N-WellandVt_Padjustment,P_WellPhoto(191layer)Implant:PWELLIMPB160K15E3T00NCHANNELIMPB025K44E2T00N_VTIMPD170K70E2T00PWELLAsherMattson:21PWELLWetStripSPMonly,PWELL,Npthru,N_VT,P-WellandVt_Nadjustment,Final70A,Thick/ThinGateoxidedefine,SACOXRMNLH60A(50:1HF65sec)SACOXTHK-POPAD(3200+-400A)GATE1_OXPreClnNCR1DH100ARCAMGATE1_OX800C,48A+-4A,wetDualGATEPhoto(131layer)(0.45+/-0.05um)GATE1ETCHN(NLB75A)GATE1StripSPMonlySTITHK-POPAD(3150+-180A)GATE2_OXPreClnNCRRCAMGATE2OX750C,27+-2A,wet,Thingate,Thickgate,POLYDEPOSITIONPOLY2000A,620CSiONDEPFEDARC320POLYPHOTO(130layer)PolyARCetch+PolyetchGATEAsherMattson(Rcp:1)GATEWetStripNDH5APRRM(100:1HF10sec+SPM)THICKGATEOXIDETHK-PPAD(25+-5A)SIONRMNLH5AHP0550A50:1HF+H3PO4GATERE-OxidationPreClnNRCA(SC1+SC2)PolyRe_Oxidation1015C,21ARTO(T1C,THK0.8A),ADI0.18+-0.015um,AEI0.18+-0.015um,PolyGateDefinition,a.RecoverETCHdamagetoGOX.b.Preventnative-oxideForthermalbudget,PE-SION400ADEPCVDHKSION400highkmaterialChangeBEOLPod&CassetteILDBPTEOSDepositionCVD31B65P2K480CBPTEOSFLOWIMP650C,N2,30minCRCleanNCR(SPMonly)PETEOSdepositionCVD10.5KILDPRE-CMPTHK-PPAD(12500+-900,Avg.=12350A)OxCMPforILD7.5KILDPOST-CMPTHK-PPAD(7500+-600,Avg.=7560A)ILDCRCleanNCR(SPMonly),ILDDeposition,CTDARCCVD(SiON/OX-200A/600A)ScrubberCTPhoto(156layer)ADICD0.255+/-0.02umAEICD0.225+/-0.025umCTetchCTAsher41ChangeCoPod&CassetteCTwetstrip(sendtoFAB1Backup)NPRRMSC1MChangeBEOLPod&Cassette,Contact,CONTGLUELAYERPVDETCH100A/IMPTI200A/CVD-TIN50ASilicideannealing(690C,N260s)3.3kWCVDDEPWCMP,W-Plug,MET1GLUE(200Ti/250TiN)MET1Acu(4000AlCu/50Ti/300TiN)ScrubberInorganicBARC320AScrubberM1Photo(160layer)ADICD0.22+/-0.015umAEICD0.24+/-0.02umM1etchM1wetstripEKCPureH2AlloyPVD(410C,90sec),Metal1,SROLinerDep.CVDSiliconRichOxideHDP6KCVDPE-FSGDep.11.5KCVD(FluorinatedSilicateGlass),IMD1CMPIn-situPE-N2treatment&USGCap2K(UndopedSilicateGlass),1.CoverFSGlayer2.PreventF-diffusive.3TopreventmetalavoidOxCMPforIMDIMD1(SiON/OX-600A+200A)Via1Photo(178layer)ADICD0.285+/-0.02umAEICD0.275+/-0.025umVia1etchVia1Asher&Wetstrip(41+NEKC30),IMD1&Via1,VacuumBake(300C)VIAGLUELAYERETCH130/160Ti/70TiN(IMP/CVD)3.3kWInter-metalDep.(M2M5)ScrubberSION320Dep.ScrubberInter-metalPho(M2M5,180-184)ADICD0.26+/-0.02umAEICD0.28+/-0.025umInter-metalEtch(M2M5)Wetstrip,Inter-metal,IMD2IMD5,SROLinerDep.HDP6KCVD(Goodfillingcapability,slowgrowthrateandhighcost)PE-FSGDep.11.5KCVD(Cheapandhighgrowthrate)IMDx(x=25)CMPIn-situPE-N2treatment&USGCap2K(IMD5Cap3.5K)OxCMPforIMDIMDx(x=25)(SiON/OX-600A+200A)Viax(x=24)Photo(175-179)ADICD0.285+/-0.02umAEICD0.275+/-0.025umViax(x=24)etchViax(x=24)Asher&Wetstrip(41+NEKC30),SROLinerDep.PE-FSGDep.11.5KIn-situPE-N2treatment&USGCap3.5KSurfacenitrigenationIMD5CMPIMD5ARC(SiON/OX-600A+200)Via5PhotoADICD0.4+/-0.04umVia5etchAEICD0.39+/-0.04umVia5Asher&Wetstrip(41+NEKC30)Via5WDep.4000AWC5W_CMPMET6GLUE(200Ti/250TiN)MET6AlCu(8000AlCu/375TiN).M6PhotoADICD0.49+/-0.045um(line)M6etchAEICD0.51+/-0.05umM6wetstrip,TopVia&TopMetal,10kHDPoxidedepPE-SION1.5KDEPCVDPE-SIN6KDEPCVDPDPhotoforbondpadHDPpassivationetchResistStripAlloy-410C,30PVD,Passivation,Q&AThanks,1為何需要StartOxide?,AnsForzerolayerPHOprocess,beforePHOPRdeposition,thereneedbufferoxidetoisolatePRmaterialontouchwithSi.ZerolayerisdesignedbyASMLsteppersystem.PreventthelasermarkSirecastbeingre-depositedontoSisurfacedirectly,becauseSiishydrophobiclikeandthesere-depo.Particleisveryhardtoberinseoff.AsthefirstHIGHtemperaturecycleforH-L-Hdenudedzone(oxygenfreetreatment).Pre-setthesurfacecleannessconditionrightafterFabreceivedthenewwafermaterials.ZERO-STARTWAFERSTART(PTYPE、8-12OHM/SQ)START-OXBCLN1(22220A)SPM60/HF180/APM420/HPM180/HF0START-OXSTARTOX(1100C;350A)ZERO-PHOZEROPHOTO(ALIGNMENTMASKAT55DEG)ZERO-ETCHZEROFULLYDRYETCH(OX350A+SI1200A)ZERO-ETCHRESISTSTRIPPING(PSC)PARTIALSTRIPZERO-ETCHPRCAROSSTRIP(ETCH)SPM+APM由上表可以很明顯地看出StartOX的第一個功用,就是不希望為有機成分(C-Hbond)的光阻直接碰觸到矽晶圓表面。在電子級的矽晶圓中,氧及碳雜質是無法完全被移除的,一般的含量約為1016cm-3左右。除以固溶態(Solidsolution)存在外,也會以微析出物(Micro-precipitates)的形式存在於矽晶圓中。這些絕緣的微析出物將會引致在空乏區(Depletionregion)的電力場(Fieldline)彎曲,而造成局部的電場梯度(Fieldgradient)變大,因此在較低的電壓就有可能造成接面崩潰(Junctionbreakdown)。另一方面碳氧雜質無論是以插入(Interstitial)或替代(Substitutional)的方式固溶於矽晶圓中也容易變成佈植雜質(Dopant)或缺陷集中的中心。StartOX的另一個用途則是在WAFERSTART刻雷射刻號時高功率雷射入射矽晶圓表面引致的融渣會在STARTOXREMOVE後被移除,不過FAB5目前是使用Soft-laser來作刻號,並不會有這個問問題。另外wafer中总会含有metalion,在wafer背面掺入oxygen,hightemperatureprocesstheoxygeninthewafercantrapthemetalion.,AnsZerolayer,2為何需要Zerolayer?LaserMark?,ASMLsteppersystemrequiresazeromarkforglobalalignmentpurpose.ForASML300Btheoverlayspecforsinglemachineis45nm,formated300Bmachine75nmandfor300to200machine95nm.TheoverlayperformanceisthebasiccharacteristicofstateofartStepper.UsezerolayerglobalalignmentmarksystemcanhelptoimprovetheOVLperformance.(OVL156_120)2=(OVL156_0)2+(OVL120_0)2LasermarkWaferidentification(includeLotid,waferID)Laser-mark是wafer在FAB內身份證明,由11碼組成:例如:F12345-01XX前6碼代表LotID第7碼為-第8,9碼為WaferID(0125)第10,11碼為序號SMICreferncetoLotIDnamingruleandlottypenamingrule,AnsZerolayer,定义:Latchup是指cmos晶片中,在电源powerVDD和地线GND(VSS)之间由于寄生的PNP和NPN双极性BJT相互影响而产生的一低阻抗通路,它的存在会使VDD和GND之间产生大电流.(PhotoelectronorionizingfromcircumstancewillinduceleakagecurrentinWELL-SUBjunction.)-Latchup产生的过度电流量可能会使芯片产生永久性的破坏,Latchup的防范是ICLayout的最重要措施之一-随着IC制造工艺的发展,封装密度和集成度越来越高,产生Latchup的可能性会越来越大,TakingN-WELLCMOSdeviceasanexample,its4terminals(P+,N-WELL,P-SUB,N+)willformaparasiticcircuitwhichinclude2couplingbipolardevice.,工艺级抗闩锁措施:(1)降低少数载流子的寿命可以减少寄生双极型晶体管的电流增益,一般使用金掺杂或中子辐射技术,但此方法不易控制且也会导致漏电流的增加。(2)后退阱技术,可以减小寄生三极管的阱电阻,防止寄生三极管EB结导通。(3)另一种减少闩锁效应的方法,是将器件制作于重掺杂衬底上的低掺杂外延层中。重掺杂衬底提供一个收集电流的高传导路径,降低了RS,若在阱中加入重掺杂的p+埋层(或倒转阱),又可降低RW。实验证明,此方法制造的CMOS电路有很高的抗闩锁能力。(4)闩锁亦可通过沟槽隔离结构来加以避开。在此技术中,利用非等向反应离子溅射刻蚀,刻蚀出一个比阱还要深的隔离沟槽。接着在沟槽的底部和侧壁上生长一热氧化层,然后淀积多晶硅或二氧化硅,以将沟槽填满。因为n沟道与p沟道MOSFET被沟槽所隔开,所以此种方法可以消除闩锁。(5)以上措施都是对传统CMOS工艺技术的改造,更先进的工艺SOI(SilicononInsulator)等能从根本上来消除闩锁产生,但工艺技术相对来讲要复杂一些。,15、什么是PUNCHTHROUGH,为消除它有哪些手段?PUNCHTHROUGH是指器件的S、D因为耗尽区相接而发生的穿通现象。S、D对于SUB有各自的耗尽区。当器件尺寸较小时,只要二者对衬底的偏压条件满足,就可能发生PUNCHTHROUGH效应。这样,不论GATE有无开启都会有PUNCHTHROUGH产生的电流流过S、D。极大的降低电子产品的功耗在制程中,采用POCKET和CHANNELIMP来加大容易发生PUNCHTHROUGH位置的SUB浓度,从而减小器件工作时在该处产生的耗尽层宽度以达到避免PUNCHTHROUGH发生的效果。(耗尽层的宽度与掺杂浓度的平方成反比,),
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