p阱CMOS芯片制作工艺设计.doc

p阱CMOS芯片制作工艺设计目录一设计参数要求2二设计内容21：PMOS管的器件特性参数设计计算。22：NMOS管参数设计与计算。33： p阱CMOS芯片制作的工艺实施方案；5工艺流程54光刻工艺及流程图(典型接触式曝光工艺流程为例)105： 掺杂工艺参数计算；11P阱参杂工艺计算11PMOS参杂工艺计算12NMOS参杂工艺计算13三：工艺实施方案14四、参考资料17五：心得体会18一设计参数要求 1. 特性指标要求：n沟多晶硅栅MOSFET：阈值电压VTn=0.5V, 漏极饱和电流IDsat1mA, 漏源饱和电压VDsat3V，漏源击穿电压BVDS=35V, 栅源击穿电压BVGS25V, 跨导gm2mS, 截止频率fmax3GHz（迁移率n=600cm2/Vs）p沟多晶硅栅MOSFET：阈值电压VTp= -1V, 漏极饱和电流IDsat1mA, 漏源饱和电压VDsat3V，漏源击穿电压BVDS=35V, 栅源击穿电压BVGS=25V, 跨导gm0.5mS, 截止频率fmax1GHz（迁移率p=220cm2/Vs） 2. 结构参数参考值：N型硅衬底的电阻率为20Wcm；垫氧化层厚度约为600 ；氮化硅膜厚约为1000 ；P阱掺杂后的方块电阻为3300W/，结深为56mm； NMOS管的源、漏区磷掺杂后的方块电阻为25W/，结深为0.30.5mm；PMOS管的源、漏区硼掺杂后的方块电阻为25W/，结深为0.30.5mm；场氧化层厚度为1mm；栅氧化层厚度为500 ；多晶硅栅厚度为4000 5000 。二 设计内容 1：PMOS管的器件特性参数设计计算。由得 ,则得再由，式中（VGS-VT）VDS(sat)，得又，得阈值电压 取发现当时符合要求,又得2：NMOS管参数设计与计算。 因为,其中，6， 所以饱和电流：，式中（VGS-VT）VDS(sat)，IDsat1mA 故可得宽长比：由可得宽长比： 取nmos衬底浓度为查出功函数差与掺杂浓度的关系可知： 取发现当时；符合要求又可知 故取 3： p阱CMOS芯片制作的工艺实施方案；工艺流程1：衬底制备。由于NMOS管是直接在衬底上形成，所以为防止表面反型，掺杂浓度一般高于阈值电压所要求的浓度值，其后还要通过硼离子注入来调节。CMOS器件对界面电荷特别敏感，衬底与二氧化硅的界面态应尽可能低，因此选择晶向为的P型硅做衬底，电阻率约为20CM2：初始氧化。为阱区的选择性刻蚀和随后的阱区深度注入做工艺准备。阱区掩蔽氧化介质层的厚度取决于注入和退火的掩蔽需要。这是P阱硅栅CMOS集成电路的制造工艺流程序列的第一次氧化。3：阱区光刻。是该款P阱硅栅CMOS集成电路制造工艺流程序列的第一次光刻。若采用典型的常规湿法光刻工艺，应该包括：涂胶，前烘，压板，曝光，显影，定影，坚膜，腐蚀。去胶等诸工序。阱区光刻的工艺要求是刻出P阱区注入参杂，完成P型阱区注入的窗口4：P阱注入。是该P阱硅栅COMS集成电路制造工艺流程序列中的第一次注入参杂。P阱注入工艺环节的工艺要求是形成P阱区。5：剥离阱区氧化层。6：热生长二氧化硅缓冲层。消除Si-Si3N4界面间的应力，第二次氧化。7：LPCVD制备Si3N4介质。8：有源区光刻：即第二次光刻9：N沟MOS管场区光刻。10：N沟MOS管场区P+注入。第二次注入。N沟MOS管场区P+的注入首要目的是增强阱区上沿位置处的隔离效果。同时，场区注入还具有以下附加作用：A 场区的重掺杂注入客观上阻断了场区寄生mos管的工作B 重掺杂场区是横向寄生期间失效而一直了闩锁效应：C 场区重掺杂将是局部的阱区电极接触表面的金半接触特性有所改善。11：局部氧化第三次氧化，生长场区氧化层12：剥离Si3N4层及SiO2缓冲层。13：热氧化生长栅氧化层。14：P沟MOS管沟道区光刻。15：P沟MOS管沟道区注入16：生长多晶硅。17：刻蚀多晶硅栅18：涂覆光刻胶。19：刻蚀P沟MOS管区域的胶膜。20：注入参杂P沟MOS管区域。21：涂覆光刻胶。22：刻蚀N沟MOS管区域的胶膜23：注入参杂N沟MOS管区域24：生长磷硅玻璃PSG。25：引线孔光刻26：真空蒸铝。27：铝电极反刻P阱硅栅CMOS反相器单元的管芯制造工艺流程4光刻工艺及流程图(典型接触式曝光工艺流程为例)1 氧化生长2 曝光3 氧化层刻蚀4 P阱注入5 形成P阱6 氮化硅的刻蚀7 场氧的生长8 去除氮化硅9 栅氧的生长10 生长多晶硅11 刻蚀多晶硅12 N离子注入13 P+离子注入14 生长磷化硅玻璃PSG15 光刻接触孔16 刻铝17 钝化保护层淀积5： 掺杂工艺参数计算；P阱参杂工艺计算由P阱的方块电阻R=3300W/可计算出B注入的补偿杂质剂量QB=1qpR=8.61012cm-2。由衬底电阻率20cm查表得CB=21014cm-3。P阱结深5m 则补偿杂质浓度QB=CBxj=1011cm-2。与QB比较可以忽略，故，注入剂量为QB=1qpR=8.61012cm-2。取注入能量E=45KeV则查图表得Rp=156nm Rp=58nm离子注入后采用快速热退火使杂质充分活化和晶格损伤降至最低。最后在T=1200下进行有限表面源扩散达到结深要求。当T=1200时DB=1.81012cm2S-1。此时所需要的时间为t=xj24DBln(CsCB)=124min根据最小掩蔽膜公式对于CMOS器件：T=1200时Dox=710-15cm2s可以解出最小氧化膜厚度应为xomin=8.6Doxt=0.62m。对于实际器件，掩蔽膜厚度应为xomin的1.52倍。故，氧化膜厚度可取1.24m。PMOS参杂工艺计算PMOS管的源、漏区硼掺杂后的方块电阻为25W/，则可解得注入的补偿杂质剂量为QB=1qpR=1.1361015cm-2。衬底参杂浓度为CB=21014cm-3，计算的QB=CBxj=1010cm-2，它的值可以忽略。取注入能量为E=40KeV则查图表得Rp=0.1566m 及Rp=0.058m。可计算出结深xj=Rp+2ln12RpQBCB12Rp=0.451m。随后在T=950条件下采用热退火处理12min使其结深达到要求，杂质浓度分布均匀。在此条件下，可由最小掩蔽膜厚度公式ximin=Rp1+2Rp1erfc-121-QiQ0计算所需多晶硅膜厚度。当掩蔽效率达到99.999%时，查图表得出集体参数，计算的最小多晶硅膜厚度为ximin=31944000。NMOS参杂工艺计算NMOS管的源、漏区硼掺杂后的方块电阻为25W/，则可解得注入的补偿杂质剂量为QB=1qnR=4.1671014cm-2。P阱的电阻率=Rxj=3300510-6m=0.165m。查表知CB=3.21016cm-3。计算得QB=CBxj=1.612cm-2，它的值可以忽略。取注入能量为E=140KeV则查图表得Rp=0.1732m 及Rp=0.0581m。可计算出结深xj=Rp+2ln12RpQBCB12Rp=0.402m。随后在T=950条件下采用热退火处理12min使其结深达到要求，杂质浓度分布均匀。在此条件下，可由最小掩蔽膜厚度公式ximin=Rp1+2Rp1erfc-121-QiQ0计算所需多晶硅膜厚度。当掩蔽效率达到99.999%时，查图表得出集体参数，计算的最小多晶硅膜厚度为ximin=34944000。三：工艺实施方案工艺步骤工艺名称工艺目的设计目标结构参数工艺方法工艺条件1衬底制备衬底制备电阻率20cm晶向2一次氧化外延为形成P阱提供掩蔽膜厚度1.24m干氧湿氧干氧均在1200下。干氧15min湿氧135min干氧15min3一次光刻为硼扩散提供窗口电子束曝光正胶40s4一次粒子注入注入形成P阱R=3300 W/离子注入Qo=8.61012cm-2E=40KeV5一次扩散热驱入达到P阱深度结深 5m有限表面源扩散T=1200t=134min6二次氧化作为氮化硅薄膜的缓冲层膜厚600干氧氧化T=1200t =9min7氮化硅薄膜淀积作为光刻有源区的掩蔽膜膜厚1000LPCVDT=6008二次光刻为磷扩散提供窗口电子束曝光正胶40s9场氧一利用氮化硅的掩蔽，在没氮化硅区域生长氧化层厚度1000湿氧氧化T=1200水温9510三次光刻除去P阱有源区的氮化硅等电子束曝光正胶11场氧二生长氧化层厚度 1m湿氧氧化T=1100t =140min12二次离子注入调整阈值电压表面参杂浓度和结深及方块电阻注入磷离子13栅极氧化形成栅极氧化层膜厚417干氧T=1000t =22.2min14多晶硅淀积淀积多晶硅层厚度4000LPCVDT=600t =10min15四次光刻形成PMOS多晶硅栅，刻出PMOS有源区扩散口电子束曝光正胶16三次离子注入形成PMOS有源区表面结深，方块电阻注入硼离子剂量为1.1361015cm-2E=40KeV17五次光刻形成NMOS的多晶硅栅，刻出NMOS有源区扩散口电子束曝光正胶18四次离子注入形成NMOS有源区浓度，结深注入磷离子剂量为4.171014cm-2E=140KeV19热退火，二次扩散达到所需结深，均匀分布结深，浓度热驱入T=950t =12min20淀积磷硅玻璃保护LPCVDT=600t =10min21六次光刻刻出金属的接触孔电子束曝光正胶22蒸铝，刻铝淀积铝硅合金并形成集成电路的互连溅射四、参考资料1、 王蔚，田丽，任明远编著，集成电路制造技术原理与工艺，电子工业出版社，20102、 刘睿强，袁勇，林涛编著集成电路制程设计与工艺仿真，电子工业出版社，20113、 Donald A. Neamen著，赵毅强等译半导体器件物理电子工业出版社4、 关旭东，集成电路工艺基础，北京大学出版社，20055、 陈贵灿，邵志标，程军，林长贵 编，CMOS集成电路设计，西安:西安交通大学出版社，20006、 李乃平主编，微电子器件工艺，华中理工大学出版社，19957、 黄汉尧，李乃平编半导体器件工艺原理，上海科学技术出版社，19868、 夏海良，张安康等编，半导体器件制造工艺，上海科学技术出版社，1986 五：心得体会顺利的完成了此次课程设计报告的内容，已经让人觉得很吃力，通过本次课程设计的学习，使我对于P阱CMOS芯片工艺设计制作的相关流程得以熟悉，更加扎实的掌握了有关微电子技术方面的知识，设计过程中，我们小组关于公式的选取和参数的估计，存在很大的争议，后来经过三个人共同的商议，最终选择了最优的方案，过程中，一遍又一遍翻阅课本，网上查阅资料，深深地觉得自己在课程学习中的知识的欠缺，然后我们通过自己相互之间进行讨论，其他小组之间进行相互讨论，一遍又一遍的订正错误，才得以使课程设计圆满完成，一个小小的课程设计，不仅仅考验人知识的掌握能力，更挑战团队合作和共同解决问题的能力，。在今后社会的发展和学习实践过程中，也为自己能很快的适应团队和适应新项目积累宝贵经验！这是一次简单的尝试，总算我们组根据不同人的分工都能使工作顺利进行下去，非常感谢团队之间其他人的付出 我们这次课程设计的内容是P阱CMOS芯片制作工艺设计，提供初始条件，要求我们完成PMOS，NMOS管参数的设计，还有芯片制作工艺流程简介，和光刻工艺的深入了解，最后，还要求我们分析离子注入的掺杂系数，其中，计算比较多，计算的要求必然是对于知识的深入掌握，和对于概念的理解，我们在整个过程中，查阅了现代集成电路制造技术原理与实践半导体器件，以及老师预留的PPT，终于在合作中将这些问题化解。课程设计作为一门时间性比较强的课程也在我们这次合作中有更多体现，操作性较强，大家需要了解的东西很多，我们也在整个过程中学习了很多解决问题的方法，比如，计算机绘图软件，计算软件，模拟软件的学习，都是有必要的且有益的，同学之间相互帮助，共同讨论问题，也有效的促进同