MOS集成电路的基本制造工艺PPT课件.ppt

1、2022-5-233pn+n-epin+P-Sin+-BLCBESP+P+2022-5-234P-SiTepiCBEpn+n-epin+P-SiP+P+Sn+-BLTepiAATBL-uptepi-oxxmcxjc四层三结结构的双极晶体管四层三结结构的双极晶体管2022-5-235ECB相关知识点相关知识点2022-5-238MOS晶体管的动作晶体管的动作 MOS晶体管实质上是一种使晶体管实质上是一种使电流时而流过，时而切断的电流时而流过，时而切断的n+n+P型硅基板型硅基板栅极（金属）栅极（金属）绝缘层（绝缘层（SiO2）半半导导体体基基板板漏极漏极源极源极源极源极(S)漏极漏极(D)栅极栅

2、极(G)2022-5-239silicon substratesourcedraintop nitridemetal connection to sourcemetal connection to gatemetal connection to drainpolysilicon gatedoped siliconfield oxidegate oxide2022-5-2310silicon substrate2022-5-2311silicon substratefield oxide2022-5-2312silicon substrate2022-5-2313Shadow on photor

3、esistExposed area of photoresistChrome platedglass maskUltraviolet Lightsilicon substrate2022-5-2314非感光区域非感光区域silicon substrate感光区域感光区域2022-5-2315Shadow on photoresistsilicon substratephotoresist2022-5-2316silicon substratesilicon substrate腐蚀腐蚀2022-5-2317silicon substratesilicon substratefield oxide

4、去胶去胶2022-5-2318silicon substratethin oxide layer2022-5-2319silicon substrategate oxide2022-5-2320silicon substrategateultra-thin gate oxidepolysilicongate2022-5-2321silicon substrategateScanning direction of ion beamimplanted ions in active region of transistorsImplanted ions in photoresist to be re

5、moved during resist strip. sourcedrainion beam2022-5-2322silicon substrategatesourcedraindoped silicon2022-5-2323自对准工艺自对准工艺l在有源区上覆盖一层薄氧化层在有源区上覆盖一层薄氧化层l淀积多晶硅，用多晶硅栅极版图淀积多晶硅，用多晶硅栅极版图刻蚀多晶硅刻蚀多晶硅l以多晶硅栅极图形为掩膜板，刻以多晶硅栅极图形为掩膜板，刻蚀氧化膜蚀氧化膜l离子注入离子注入2022-5-2324silicon substratesourcedrain2022-5-2325silicon substra

6、tecontact holesdrainsource2022-5-2326silicon substratecontact holesdrainsource2022-5-2327完整的简单完整的简单MOS晶体管结构晶体管结构silicon substratesourcedraintop nitridemetal connection to sourcemetal connection to gatemetal connection to drainpolysilicon gatedoped siliconfield oxidegate oxide2022-5-2328CMOSFETP型型 si

7、 subn+n+p+p+2022-5-2329VDDP阱工艺阱工艺N阱工艺阱工艺双阱工艺双阱工艺P-P+P+N+N+P+N+VSSVOUTVINVDDN-P+P+N+N+P+N+VSSVOUTVINVDDP-P+P+N+N+P+N+VSSVOUTVINN-SiP-SiN-I-SiN+-Si2022-5-2330 N-Si-衬底 P-well P-wellP-well N+ N+ P+ P+ N+ P+N-SiP2022-5-2331具体步骤如下：具体步骤如下：1生长二氧化硅（湿法氧化）：生长二氧化硅（湿法氧化）： S i - 衬底 S i O2Si(固体固体)+ 2H2O SiO2（固体）（固

8、体）+2H22022-5-23322022-5-23332P阱光刻：阱光刻：光源光源2022-5-23342022-5-2335P+P-well3P阱掺杂：阱掺杂：2022-5-23362022-5-2337电流电流积分积分器器2022-5-2338有源区有源区：nMOS、PMOS 晶体管形成的区域晶体管形成的区域P+N+N+P+N-SiP-wellP-wellP-well 淀积氮化硅淀积氮化硅 光刻有源区光刻有源区 场区氧化场区氧化 去除有源区氮化硅及二氧化硅去除有源区氮化硅及二氧化硅SiO2隔离岛隔离岛2022-5-2339有源区depositednitride layer有源区光刻板N型

9、p型MOS制作区域(漏-栅-源)2022-5-2340P-well1. 淀积氮化硅：淀积氮化硅：氧化膜生长（湿法氧化）氧化膜生长（湿法氧化）P-well氮化膜生长氮化膜生长P-well涂胶涂胶P-well对版曝光对版曝光有源区光刻板有源区光刻板2. 光刻有源区：光刻有源区：2022-5-2341P-well显影显影P-well氮化硅刻蚀去胶氮化硅刻蚀去胶3. 场区氧化：场区氧化：P-well场区氧化（湿法氧化）场区氧化（湿法氧化）P-well去除氮化硅薄膜及有源区去除氮化硅薄膜及有源区SiO22022-5-2342P-well去除氮化硅薄膜及有源区去除氮化硅薄膜及有源区SiO2P-wellP+

10、N+N+P+N-SiP-well栅极氧化膜栅极氧化膜多晶硅栅极多晶硅栅极 生长栅极氧化膜生长栅极氧化膜 淀积多晶硅淀积多晶硅 光刻多晶硅光刻多晶硅2022-5-2343P-well生长栅极氧化膜生长栅极氧化膜P-well淀积多晶硅淀积多晶硅P-well涂胶光刻涂胶光刻多晶硅光刻板多晶硅光刻板P-well多晶硅刻蚀多晶硅刻蚀2022-5-2344掩膜4 ：P+区光刻区光刻 1、P+区光刻区光刻 2、离子注入、离子注入B+，栅区有多晶硅做掩蔽，栅区有多晶硅做掩蔽， 称为硅栅自对准工艺。称为硅栅自对准工艺。 3、去胶、去胶P-wellP+N+N+P+N-SiP-wellP-wellP+P+2022-

11、5-2345P-wellP+P-wellP+P+硼离子注入硼离子注入去胶去胶2022-5-2346掩膜5 ：N+区光刻区光刻 1、N+区光刻区光刻 2、离子注入、离子注入P+，栅区有多晶硅做掩蔽，栅区有多晶硅做掩蔽， 称为硅栅自对准工艺。称为硅栅自对准工艺。 3、去胶、去胶P-wellP+N+N+P+N-SiP-wellP-wellP+P+N+N+2022-5-2347P-wellN+P-wellP+P+磷离子注入磷离子注入去胶去胶P+P+N+N+2022-5-2348掩膜6 ：光刻接触孔：光刻接触孔1、淀积、淀积PSG.2、光刻接触孔、光刻接触孔3、刻蚀接触孔、刻蚀接触孔P-wellP+N+

12、N+P+N-SiP-wellP-wellP+P+N+N+磷硅玻璃（磷硅玻璃（PSG)2022-5-2349掩膜6 ：光刻接触孔：光刻接触孔P-wellP+P+N+N+淀积PSGP-wellP+P+N+N+光刻接触孔P-wellP+P+N+N+刻蚀接触孔P-wellP+P+N+N+去胶2022-5-23502022-5-2351掩膜7 ：光刻铝线：光刻铝线1、淀积铝、淀积铝.2、光刻铝、光刻铝3、去胶、去胶P-wellP-wellP+P+N+N+2022-5-2352P-wellP+P+N+N+铝线铝线PSG场氧场氧栅极氧化膜栅极氧化膜P+区区P-wellN-型硅极板型硅极板多晶硅多晶硅N+区区

13、2022-5-2353Example: Intel 0.25 micron Process5 metal layersTi/Al - Cu/Ti/TiNPolysilicon dielectric2022-5-2354Interconnect Impact on Chip2022-5-2355掩膜8 ：刻钝化孔：刻钝化孔CircuitPADCHIP双阱标准CMOS工艺P+p-epip welln wellp+n+gate oxideAl (Cu)tungstenSiO2SiO2TiSi2field oxide增加器件密度增加器件密度防止寄生晶体管效应（闩锁效应）防止寄生晶体管效应（闩锁效应）p

14、-epiP阱阱n+STITiSi2STI深亚微米深亚微米CMOSCMOS晶体管结构晶体管结构STISTISTIN阱阱n-n+n-p+p-p+p-源/漏扩展区浅槽隔离侧墙多晶硅硅化物2022-5-2358功耗功耗驱动能力驱动能力CMOS双极型双极型Bi-CMOSBiCMOS集成电路工艺2022-5-2359BiCMOSBiCMOS工艺分类工艺分类以以CMOS工艺为基础的工艺为基础的BiCMOS工艺工艺以双极工艺为基础的以双极工艺为基础的BiCMOS工工艺。艺。2022-5-2360以以P P阱阱CMOSCMOS工艺为基础的工艺为基础的BiCMOSBiCMOS工艺工艺NPN晶体管电流增益小；晶体管

15、电流增益小；集电极的串联电阻很大集电极的串联电阻很大;NPN管管C极只能接固定电位，从而限制了极只能接固定电位，从而限制了NPN管的使用管的使用2022-5-2361以以NN阱阱CMOSCMOS工艺为基础的工艺为基础的BiCMOSBiCMOS工艺工艺NPN具有较薄的基区，提高了其性能；具有较薄的基区，提高了其性能；N阱使得阱使得NPN管管C极与衬底隔开，可根据电路需要接电位极与衬底隔开，可根据电路需要接电位集电极串联电阻还是太大，影响双极器件的驱动能力集电极串联电阻还是太大，影响双极器件的驱动能力在现有在现有N阱阱CMOS工艺上增加一块掩膜板工艺上增加一块掩膜板2022-5-2362 以以NN

16、阱阱CMOSCMOS工艺为基础的改进工艺为基础的改进BiCMOSBiCMOS工艺工艺使使NPN管的集电极串联电阻减小管的集电极串联电阻减小5 6倍倍；使使CMOS器件的抗闩锁性能大大提高器件的抗闩锁性能大大提高2022-5-2363三、后部封装三、后部封装 （在另外厂房）（在另外厂房）（1）背面减薄）背面减薄（2）切片）切片（3）粘片）粘片（4）压焊：金丝球焊）压焊：金丝球焊（5）切筋）切筋（6）整形）整形（7）密封）密封（8）沾锡：保证管脚的电学接触）沾锡：保证管脚的电学接触（9）老化）老化（10）成测）成测（11）打印、包装）打印、包装 划片2022-5-2364金丝劈加热压焊2022-5-2365三、后部封装三、后部封装 （在另外厂房）（在另外厂房）2022-5-23662022-5-23671. 课本P14，1.2题2. 下图是NMOS晶体管的立体结构图，请 标出各区域名称及掺杂类型，并画出这个器件的版图（包括接触孔和金属线）。3. 名词解释：MOS NMOS PMOS CMOS 场氧、有源区、硅栅自对准工艺