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MOS集成电路工艺流程 1 mos技术 以金属 氧化物 半导体 MOS 场效应晶体管为主要元件构成的集成电路 简称MOSIC 1964年研究出绝缘栅场效应晶体管 直到1968年解决了MOS器件的稳定性 MOSIC得到迅速发展 2 MOS具有以下优点 与双极型集成电路相比 MOSIC具有以下优点 制造结构简单 隔离方便 电路尺寸小 功耗低适于高密度集成 MOS管为双向器件 设计灵活性高 具有动态工作独特的能力 温度特性好 其缺点是速度较低 驱动能力较弱 一般认为MOS集成电路功耗低 集成度高 宜用作数字集成电路 双极型集成电路则适用作高速数字和模拟电路 3 CMOS的分类 按晶体管的沟道导电类型 可分为P沟MOSIC N沟MOSIC以及将P沟和N沟MOS晶体管结合成一个电路单元的互补MOSIC 分别称为PMOS NMOS和CMOS集成电路 随着工艺技术的发展 CMOS集成电路已成为集成电路的主流 工艺也日趋完善和复杂 由P阱或N阱CMOS发展到双阱CMOS工艺 80年代又出现了集双极型电路和互补金属 氧化物 半导体 CMOS 电路优点的BiCMOS集成电路结构 按栅极材料可分为铅栅 硅栅 硅化物栅和难熔金属 如钼 钨 栅等MOSIC 4 P阱CMOS工艺 P阱CMOS工艺以N型单晶硅为衬底 在其上制作P阱 NMOS管做在P阱内 PMOS管做在N型衬底上 P阱工艺包括用离子注入或扩散的方法在N型衬底中掺进浓度足以中和N型衬底并使其呈P型特性的P型杂质 以保证P沟道器件的正常特性 P阱CMOS工艺 P阱杂质浓度的典型值要比N型衬底中的高5 10倍才能保证器件性能 然而P阱的过度掺杂会对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CMOS工艺 电连接时 P阱接最负电位 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 P阱CMOS芯片剖面示意图见下图 P阱CMOS工艺结构缺点 这种结构的缺点是 1 由于NPN晶体管的基区在P阱中 所以基区的厚度太大 使得电流增益变小 2 集电极的串联电阻很大 影响器件性能 3 NPN管和PMOS管共衬底 使得NPN管只能接固定电位 从而限制了NPN管的使用 P阱CMOS工艺 阱的定义 在衬底上形成的 掺杂类型与衬底相反的区域称为阱或称为盆 P阱CMOS原始衬底采用n型 注入p 浓度比N衬底高5 10倍 型杂质形成P阱 P阱CMOS工艺适于制备静态逻辑电路 光刻定义 是一种图形复印和化学腐蚀相结合的精密表面加工技术 是集成电路工艺中的关键性技术 图形转移过程 N阱CMOS工艺1 衬底准备 23 P型单晶片 2 氧化 光刻N 阱 nwell 24 3 N 阱注入 N 阱推进 退火 清洁表面 25 4 长薄氧 长氮化硅 光刻场区 active反版 26 5 场区氧化 LOCOS 清洁表面 场区氧化前可做N管场区注入和P管场区注入 27 6 栅氧化 淀积多晶硅 多晶硅N 掺杂 反刻多晶 polysilicon poly 28 7 P active注入 Pplus 硅栅自对准 29 8 N active注入 Nplus Pplus反版 硅栅自对准 30 9 淀积BPSG 光刻接触孔 contact 回流 31 10 蒸镀金属1 反刻金属1 metal1 32 11 绝缘介质淀积 平整化 光刻通孔 via 33 12 蒸镀金属2 反刻金属2 metal2 34 13 钝化层淀积 平整化 光刻钝化窗孔 pad 35 硅栅自对准的作用 36 在硅栅形成后 利用硅栅的遮蔽作用来形成MOS管的沟道区 使MOS管的沟道尺寸更精确 寄生电容更小 MOS管衬底电极的引出 37 NMOS管和PMOS管的衬底电极都从上表面引出 由于P Sub和N阱的参杂浓度都较低 为了避免整流接触 电极引出处必须有浓参杂区 其它MOS工艺简介 双阱CMOS工艺双阱CMOS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 38 39 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