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CMOS工艺基础知识 张侠 1 CMOS工艺基础知识 MOS metaloxidesemiconductor金属氧化物半导体 按制程可以分为 Pmos 在MOS制程技术中是最简单 所以被应用的最早 是利用空穴来导电 速度较慢 Nmos 利用电子来做传导的工作 因为电子的漂移速度约为空穴的二至三倍 因此在相同的条件下 nMOS制程的电路可以工作得比pMOS快 Cmos 同时包含了nMOS和pMOS 因此制程技术变得较为复杂 通常在CMOS电路中成对的包含nMOS和pMOS晶体管 在稳态时只有一组晶体管能够导通 所以可以说没有静态功率消耗 statICpower 是目前最省功率的一种电路 现今流行的技术之一 2 CMOS工艺基础知识 几个常见的名词 Wafer晶圆Diffusion active 扩散 有源区Implant植入 注入Poly多晶硅Substrate衬底well井Diode二极管Bipolar三极管Resistor电阻capacitor电容Source源极gate栅极Drain漏极pin引脚 IDM大型垂直型企业Foundry晶圆代工厂Fabless没有制造厂的设计公司 3 CMOS工艺基础知识 PMOS的基本结构图 PMOS 是通过扩散或离子注入在N阱中掺入3价离子 如硼B铝Al 制作出P型区 分别叫源极和漏极 同时在源漏之间的氧化层上制作一个金属电极 或者是导电的多晶硅 栅极 这样就得到一个PMOS管 4 CMOS工艺基础知识 5 CMOS工艺基础知识 NMOS的基本结构图 NMOS 是通过扩散 离子注入等方法在P型衬底上掺入5价离子 如磷P 砷As 制作出两个N型区 分别叫源极和漏极 同时在源漏之间的氧化层上制作一个金属电极 或者是导电的多晶硅 栅极 这样就得到一个NMOS管 6 CMOS工艺基础知识 7 CMOS工艺基础知识 CMOS反相器基本结构图 CMOS Complementary互补式mos 简单来说 CMOS电路就是在同一个基体上建立pmos和nmos来达成一个逻辑电路 具有相当高的输入阻抗 低功率消耗 8 CMOS工艺基础知识 9 CMOS工艺基础知识 以一个Nwell制程的CMOS反相器为例 看其制造的工艺步骤 制作Nwell 1 氧化 在P型硅衬底芯片上生长一层SIO2 2 光刻 按照光刻版图在氧化层上刻出进行N阱掺杂的窗口 3 N阱掺杂 掺杂P元素 生长场氧 1 淀积氮化硅层 N阱生成后 应先除去硅片表面的氧化层 然后从新生长一薄层氧化层 并在其上淀积一层薄氮化硅 2 光刻 按版图进行有源区光刻 并将有源区的氧化层和氮化硅层保留 其余去除 3 氧化层生长 在没有氧化层和氮化硅层保护的区域 生长一层较厚的氧化层 10 CMOS工艺基础知识 以一个Nwell制程的CMOS反相器为例 看其制造的工艺步骤 制作栅极 1 生长栅氧化层 去除掉有源区上的氧化层和氮化硅层后 生长一层高质量的薄氧化层作为栅氧化层 2 在栅氧化层上淀积一层作为栅电极材料的多晶硅 3 光刻 光刻多晶硅 只保留作栅电极以及其互连作用的多晶硅 制作PMOS 1 光刻 按照版图刻出P沟道MOS晶体管源漏区掺杂的窗口 2 掺杂 通过光刻窗口掺入P型杂质 这时光刻窗口中的多晶硅对掺杂起到 掩模 的作用 故多晶硅下方的区域未掺入杂质 11 CMOS工艺基础知识 以一个Nwell制程的CMOS反相器为例 看其制造的工艺步骤 制作NMOS 1 光刻 去除P沟道MOS管掺杂时用的光刻胶后按版图刻出N沟道MOS晶体管源漏区掺杂的窗口 2 掺杂 通过光刻窗口掺入N型杂质 这时窗口中多晶硅下方的区域亦未掺入杂质 即是NMOS晶体管的沟道 反相器的金属互连线 1 打过孔 先生长一层氧化层 根据过孔的版图刻蚀氧化层 显出过孔的位置2 采用蒸发或溅射工艺在芯片表面淀积金属层3 光刻