[정리] n-well CMOS 공정 flow (상)

CMOS회로는 nMOSFET과 pMOSFET이 쌍을 이루어 구성되므로 p-sub wafer라면 n-well영역을, n-sub wafer면 p-well영역을 형성해야한다. 둘다 사용하여 twin-well공정을 할 수도있다. 이번에 정리할 공정 flow는 n-well CMOS와 metal layer이다.

1. Initial Dry oxidation

: 산소 기체를 사용하여 1200℃에서 진행되는 공정으로 wet oxidation에 비해선 속도가 느리다. 그러나 oxide 두께를 정밀하게 조절이 가능하며 산화막 특성이 좋아 gate oxide나 캐퍼시터의 유전체등에 사용된다.

이 과정으로 생성된 oxide(SiO2)는 이후 n-well영역 형성을 위한 mask가 된다.

2.Photolithography : #1 Well mask 사용

3.Oxide wet etching ( chemical etching )

: 주로 불소(HF)를 사용하여 etch하며 화학적 반응을 이용하여 selectivity는 좋으나 profile이 isotropic하기 때문에 3㎛이하의 패턴에서는 사용할 수 없는 공정이다.

4.PR strip(Ashing)

5. Thin Dry oxidation

:이는 buffer layer(버퍼층)라고도 한다. 버퍼 산화막을 수백 Å 두께로 성장시켜 이후 well형성을 위한 implatation 이온 주입시 실리콘 표면의 손상을 방지하는 역할을 한다. 또한 7번의 drive in 과정에서 열을 가할 때 정확한 dose(주입한 양)를 유지하기 위해 주입된 불순물이 외부와 반응하지 않도록 막아주는 역할도 한다.

6. Welll implantation (As 사용)

:dose와 depth profile을 정확하게 control이 가능하다. Diffusion에 비해 저온공정이며 따라서 PR(200℃정도면 녹음)을 mask로 사용할 수 있다. 그러나 이온을 물리적으로 때려서 주입시키는 공정 특성상 wafer의 표면의 불순물과의 충돌로 결정성이 떨어져 전기적 특성이 안좋아질수 있어서 RTP(Rapid thermal Process : 1100℃ 에서 수십초 진행)등의 annealing 과정이 필요하다. 또한 보통 B(붕소)같은 가벼운 불순물은 Backward scattering이 일어나 깊이에따른 농도가 Gaussian분포를 가지지만 As(비소)같이 질량이 무거운 불순물은 forward scattering에 의해 non-Gaussian분포를 가진다.