MOS集成电路的基本制造工艺(同名122)课件.ppt

1、1.2 MOS集成电路的基本制造工艺集成电路的基本制造工艺 CMOS工艺技术工艺技术是当代VLSI工艺的主流工主流工艺技术艺技术，它是在PMOS与NMOS工艺基础上发展起来的。其特点特点是将NMOS器件与PMOS器件同时制作在同一硅衬底上。CMOS工艺技术工艺技术一般可分为三类三类，即 P阱CMOS工艺 N阱CMOS工艺 双阱CMOS工艺P阱阱CMOS工艺工艺 P阱杂质浓度阱杂质浓度的典型值要比N型衬底中的高510倍才能保证器件性能。然而P阱的过度掺杂过度掺杂会对N沟道晶体管产生有害的影响，如提高了背栅偏置的灵敏度，增加了源极和漏极对P阱的电容等。P阱阱CMOS工艺工艺 电连接时，P阱接最负电

2、位，N衬底接最正电位，通过反向偏置的PN结实现PMOS器件和NMOS器件之间的相互隔离相互隔离。P阱阱CMOS芯片剖面示意图芯片剖面示意图见下图。N阱阱CMOS工艺工艺 N阱阱CMOS正好和正好和P阱阱CMOS工工艺相反艺相反，它是在P型衬底上形成N阱。因为N沟道器件是在P型衬底上制成的，这种方法与标准的这种方法与标准的N沟道沟道MOS(NMOS)的工艺是兼容的。的工艺是兼容的。在这种情况下，N阱中和了阱中和了P型衬底型衬底，P沟道晶体管会受到过渡掺杂的影响。N阱阱CMOS工艺工艺 早期的CMOS工艺的N阱工艺和P阱工艺两者并存发展。但由于N阱阱CMOS中中NMOS管直接在管直接在P型硅衬底上

3、制作型硅衬底上制作，有利于发挥NMOS器件高速的特点，因此成为常用工艺常用工艺。N阱CMOS芯片剖面示意图 N阱阱CMOS芯片剖面示意图见下图。双阱双阱CMOS工艺工艺 随着工艺的不断进步，集成电路的线条尺寸线条尺寸不断缩小，传统的单阱工艺有时已不满足要求，双阱工艺应运而生。双阱双阱CMOS工艺工艺 通常双阱通常双阱CMOS工艺采用的原始材料是工艺采用的原始材料是在在N+或或P+衬底上外延一层轻掺杂的外延衬底上外延一层轻掺杂的外延层，然后用离子注入的方法同时制作层，然后用离子注入的方法同时制作N阱阱和和P阱。阱。双阱双阱CMOS工艺工艺 使用双阱工艺不但可以提高器件密度提高器件密度，还可以有效

4、的控制寄生晶体管的影响，抑制闩锁现象。双阱CMOS工艺主要步骤 双阱双阱CMOS工艺主要步骤工艺主要步骤如下：（1）衬底准备：衬底氧化，生长Si3N4。（2）光刻P阱，形成阱版，在P阱区腐蚀Si3N4，P阱注入。（3）去光刻胶，P阱扩散并生长SiO2。（4）腐蚀Si3N4，N阱注入并扩散。（5）有源区衬底氧化，生长Si3N4，有源区光刻 和腐蚀，形成有源区版。（6）N管场注入光刻，N管场注入。双阱CMOS工艺主要步骤（7）场区氧化，有源区Si3N4和SiO2腐蚀，栅 氧化，沟道掺杂（阈值电压调节注入）。（8）多晶硅淀积、掺杂、光刻和腐蚀，形成 多晶硅版。（9）NMOS管光刻和注入硼，形成N+版

5、。（10）PMOS管光刻和注入磷，形成P+版。（11）硅片表面生长SiO2薄膜。（12）接触孔光刻，接触孔腐蚀。（13）淀积铝，反刻铝，形成铝连线。MOS工艺的自对准结构工艺的自对准结构 自对准自对准是一种在圆晶片上用单个掩模形成不同区域用单个掩模形成不同区域的多层结构的技术，它消除了用多片掩模所引起的的多层结构的技术，它消除了用多片掩模所引起的对准误差对准误差。在电路尺寸缩小时，这种有力的方法用得越来越多。有许多应用这种技术的例子，例子之一是在多晶硅栅MOS工艺中，利用多晶硅栅极对栅氧化层的掩蔽作用，可以实现自对准的源极和漏极的离子注入，如图所示。自对准工艺 示意图自对准工艺 上图中可见形成了图形的多晶硅条多晶硅条用作离子注入工序中的掩模掩模，用自己的“身体”挡住离子向栅极下结构（氧化层和半导体）的注入，同时使离子对半导体的注入正好发生在它的两侧两侧，从而实现了自对准自对准。而且原来呈半绝缘的多晶硅本身在大量注入后变成低电阻率的导电体低电阻率的导电体。可见多晶硅的应用实现“一箭三雕一箭三雕”之功效。无定形硅锑离子氩炭化硅