自对准技术

self-alignment technique

微电子技术中利用元件、器件结构特点实现光复印自动对准的技术。早期的 MOS集成电路采用的是铝栅工艺,首先在硅单晶片上热氧化生长一层二氧化硅膜,经第一次光刻,在二氧化硅膜上刻蚀出源和漏扩散窗口,用扩散法形成源和漏扩散区 (图1aMOS集成电路铝栅工艺)，接着在硅片上形成新的二氧化硅层;再经过第二次光刻，刻蚀出栅区，生长栅氧化层;然后，经光刻刻出引线孔，完成蒸铝和刻铝等后工序;最后形成MOS晶体管。因为栅区必须在源和漏扩散区正中间，并需要稍覆盖源区和漏区，第二次光刻以及形成铝栅电极的那步光刻，都必须和第一次光刻的位置精确对准(图1bMOS集成电路铝栅工艺)。否则,栅区与源区或漏区就可能衔接不上，使沟道断开(图1cMOS集成电路铝栅工艺)，致使MOS晶体管无法工作。因此，设计这类晶体管时往往让栅区宽度(栅氧化膜及其上的铝栅电极两者)比源和漏扩散区的间距要大一些，光刻时使栅区的两端分别落在源和漏扩散区上并有一定余量，由此便产生了较大的栅对源、漏的覆盖电容，使电路的开关速度降低。

随硅栅工艺的发展，已实现栅与源和漏的自对准。这种工艺是先在生长有栅氧化膜的硅单晶片上淀积一层多晶硅，然后在多晶硅上刻蚀出两个扩散窗口，杂质经窗口热扩散到硅单晶片内，形成源和漏扩散区(图2MOS硅栅工艺自对准示意图)，同时形成导电的多晶硅栅电极，其位置自动与源和漏的位置对准。按照这种自对准工艺，栅与源和漏的覆盖由杂质侧向扩散完成，比铝栅工艺的覆盖电容要小很多。采用离子注入掺杂工艺的杂质侧向扩散更小，用它代替硅栅工艺中的热扩散工艺，能进一步减小栅对源和漏的覆盖电容。此外，在铝栅工艺中，即使铝栅电极比沟道短，也可增加一步离子注入工艺填充栅区旁的未衔接部分，实现自对准(图3MOS铝栅工艺实现自对准的示意图),借以减小寄生电容,可提高MOS集成电路的开关速度和工作频率,同时也减小器件尺寸而提高电路的集成度。

在双极型晶体管及其集成电路的制造中，也多采用自对准工艺。例如，用微米级线宽的多晶硅发射极作掩模，再扩散杂质形成浓基区，以实现发射极与基区的自对准。又如超自对准工艺的主要工序是用通常方法完成基区掺杂后，在硅片上淀积一层未掺杂多晶硅，氧化掉不必要的部分。在整个芯片上淀积氮化硅膜层和二氧化硅膜层。除发射区和集电极接触孔外，其他部位的二氧化硅膜全腐蚀掉。以二氧化硅膜作掩模，把硼注入到未掺杂多晶硅内，然后腐蚀掉氮化硅(稍微过腐蚀一点)。再采用选择腐蚀法把未掺杂多晶硅腐蚀去，暴露的基区宽度小于1微米。采用热氧化，同时形成P□区。去掉氮化硅，不用掩模进行硼注入，自对准形成P□基区。再在多晶硅发射极中掺入砷，扩散形成发射区。其他后续工序与通常的双极型集成电路工艺相同。用这种方法制成的双极型晶体管，实现了多晶硅发射极与P+基区的自对准,有较小的基区电阻和较小的发射极-基极结电容,多晶硅发射极和多晶硅基极间距小于1微米,提高了双极型集成电路的速度，也提高了电路的集成度。用这种技术已制成存取时间为2.7纳秒发射极耦合逻辑电路的1千位随机存储器。