双阱工艺是指形成NW和PW的工艺。对于CMOS 工艺制程技术,NMOS 是制造在PW里的,PMOS是制造在NW里的。它的目的是形成 pn 结隔离,使器件之间形成电性隔离,优化晶体管的电学特性,例如改善CMOS的闩锁效应。评价阱的关键参数是结深和阱电阻。
1)清洗。利用清洗槽清洗,得到清洁的表面。
2)生长隔离氧化硅。利用炉管热氧化生长一层二氧化硅薄膜,它是干氧氧化法。利用高纯度的氧气在1000°C左右的温度下使硅氧化,形成厚度约100~200A 的二氧化硅薄膜。该层氧化硅可以防止阱离子注入隧道效应,同时隔离衬底硅与光刻胶,防止光刻胶中的有机物与硅接触污染衬底硅。
3)PW光刻处理。通过微影技术将PW 掩膜版上的图形转移到晶圆上,形成PW的光刻胶图案,非PW 区域保留光刻胶。第零层作为PW光刻曝光对准。图4-5所示为电路的版图,它包括PW和NW,工艺的剖面图是沿 AA'方向。图4-6所示PW 光刻的剖面图,图4-7所示为PW 显影的剖面图。
4)量测PW套刻。收集曝光之后的PW与第零层的套刻数据,检查PW与第零层是否对准,是否符合产品规格。(在后面的工艺步骤中,这个步骤不会再重复的解释,只是简单描述。)
5)检查显影后曝光的图形。通过机台扫描晶圆,查看是否有缺陷,例如光刻胶倒塌,散焦。(在后面的工艺步骤中,这个步骤不会再重复解释,只是简单描述。)
6)如果PW 套刻数据不符合产品规格或者有重大缺陷,都将硅片去除光刻胶返工,然后重新进行光刻处理,因为光刻胶的图形是暂时的,但是如果完成离子注入或者刻蚀的工艺后,就不可以再返工重做了。光刻处理是工艺制程中唯一能够轻易返工的步骤。(在后面的工艺步骤中,这个步骤不会再重复的解释,只是简单描述。)
7)PW离子注入。注入硼离子形成p型的阱,PW 离子注入必须在LOCOS 场氧形成之前,因为LOCOS 的场氧氧化硅厚度大概 4500~5500A,如此厚的场氧会严重影响离子注入的深度。图4-8所示为PW离子注入剖面图。
8)去光刻胶。利用干法刻蚀和湿法刻蚀去除光刻胶。图4-9所示为去除光刻胶的剖面图。
9)NW光刻处理。与PW 光刻处理类似。通过微影技术将NW 掩膜版上的图形转移到晶圆上,形成 NW的光刻胶图案,非NW 区域保留光刻胶。第零层作为NW 光刻曝光对准。图4-10所示NW 光刻的剖面图,图4-11 所示为 NW 显影的剖面图。
10)量测NW 套刻,收集曝光之后的NW与第零层的套刻数据。
11) 检查显影后曝光的图形。
12)NW离子注入。与PW类似,注入磷离子形成n型的阱,NW离子注入也必须在LOCOS 场氧形成之前。图4-12所示为NW离子注入的剖面图。
13)去光刻胶。通过干法刻蚀和湿法刻蚀去除光刻胶。如图4-13所示,是去除光刻胶的剖面图。
14)清洗。将晶圆放入清洗槽中清洗,得到清洁的表面,防止表面的杂质在后续退火工艺中扩散到内部。
15)NW和PW 阱推进和退火。利用高温炉管退火激活 NW 和PW的杂质离子和修复晶格损伤,温度为1100~1200°C,时间是1.5h,同时把掺杂离子推进到特定的深度。退火激活杂质离子是指通过高温驱使不在晶格位置上的离子恢复到晶格的固定位置,以便具有电活性,产生自由载流子,起到掺杂的作用。修复晶格损伤是指因为高能加速的离子注入的离子进入硅衬底撞击晶格上的原子偏离晶格位置形成晶格损伤,致使晶格的特性改变,通过高温驱使偏离的原子恢复晶格的结构。如图4-14所示,是阱推进的剖面图。