第3讲 CMOS工艺步骤和版图

1、第第3讲讲 CMOS工艺步骤工艺步骤和版图和版图IC设计者需要的工艺知识设计者需要的工艺知识lIC者的任务是向芯片制造厂提交版图.l版图与制造工艺有比较密切的关系.l本节学习重点是理解版图与工艺的关系.CMOS工艺的主要步骤工艺的主要步骤:1.阱阱l步骤(1)(2) 与IC设计者无关.阱的制造步骤阱的制造步骤(3)(4)与IC设计者有关:阱需要一个掩摸版,阱的位置必须体现在版图中.阱的制造步骤阱的制造步骤(5)(6)与IC设计者基本无关,但有一个疑问,能做准吗?阱的制造步骤阱的制造步骤(7)(8)与IC设计者基本无关,但疑问犹在.阱的制造步骤阱的制造步骤(9)(10)(11)阱阱(层层)的版图

2、的版图版图是多层平面图(俯视),阱是其中的一”层”,版图的作用是提供准确的平面位置和尺寸,与纵向尺寸无关纵向尺寸无关.阱的设计规则阱的设计规则l版图上的阱应该实际需要大一些,内部的器件要与阱的边界有一定的距离.l阱与阱之间要有足够的距离.l阱有最小尺寸限制.l在确定使用某种工艺后,以上数据即确定.l厂家提供DRC规则文件,使用版图验证工具可以自动检查一个版图是否满足DRC规则.2.有源区和场区有源区和场区l为制造出相互隔离相互隔离的各种器件，一般使用局部氧化技术.硅片表面需要做两种不同的氧化处理，一部分有很厚的氧化层，称为场氧区或场厚的氧化层，称为场氧区或场区区（FOX），另一部分则只有很薄的

3、氧化层，薄的氧化层，称为有源区称为有源区（active）或薄氧区。隔离作用隔离作用有源区有源区(层层)的版图的版图有源区与场区具有几何互补关系,有源区以外的区域都是场区,因此版图中只需要提供有源区的位置和图形.哪些部分需要划分为有源区哪些部分需要划分为有源区?l由于场氧化层很厚,无法刻蚀,所有在后续步骤中需要对下方的半导体材料需要处理的区域都要划分为有源区.l制造MOS管的源/漏(N+和P+)区需要注入离子,必须处于有源区.lMOS管的体连接处必须处于有源区.3.多晶（多晶（Poly） l现代CMOS工艺一般采用“硅栅自对准”工艺，即采用多晶硅材料制作MOS管的栅极，制作次序是先在栅氧化层先在

4、栅氧化层（active）上淀积多晶硅，然后再注入）上淀积多晶硅，然后再注入N+或或P+离子。离子。 lPloy除用于制造MOS管的栅极以外，在模拟CMOS工艺中还用来制作电阻和电容电阻和电容。l多晶还可以作为导线,实现短距离连接. 多晶的金属化多晶的金属化l为减小电阻,制造MOS管栅和导线的需要做金属化处理,方法是淀积硅化物(silicide,一种硅和难熔金属的混合物)4.离子注入层离子注入层 lCMOS工艺中的N+和P+区一般是采用离子注入方式实现的。教材中用n-select表示注入N+的“层”，n-select表示注入注入P+的层。l注入只能在有源区进行，因此版图设计中，“select层”

5、必须包围必须包围active层层，只有其中重叠的部分才是真正的N+或P+区。 Select区必须包围有源区区必须包围有源区作用:注入有角度,确保有源区下方能够被注入.有源区有源区PLOY注入层之间的设计规则注入层之间的设计规则易出现的错误易出现的错误绘制MOS管版图时,要将n-select或p-select画成完整的区域,而不是两个分离的区域.上图在分离的源漏区上再画多晶是错误的.MOS管栅极设计规则管栅极设计规则lPOLY必须”出头”一定距离. 作用:POLY有阻挡注入的作用,出头确保POLY下方不被注入.l沟道宽度W按多晶下方的有源区宽度多晶下方的有源区宽度计算.lPLOY线条宽度是沟道长

6、度L. 实际有效的W和L与绘制时的W和L有区别,但设计者不必考虑(版图就按原理图画).MOS管以基本形管以基本形成成,但还没有向外但还没有向外连接连接.绝缘层不需要画绝缘层不需要画在版图中在版图中.制造工艺已定制造工艺已定,制制造者决不会忘记造者决不会忘记制造绝缘层制造绝缘层.5.接触孔接触孔 l接触孔（Contact）用于连接金属和半导体材金属和半导体材料料，包括金属和Poly，金属和N+（P+）的连接。金属与金属与POLY的接触孔版图的接触孔版图金属与金属与N+/P+的接触孔的接触孔注意:金属不能与低掺杂的衬底或阱直接连接,必须经N+或P+过渡,形成欧姆接触.需注意的问题需注意的问题l注意

7、，绘制N+(P+)与金属的连接时，不能只画Metal1、Contact和N+(P+)等3种材料，一一定要有定要有Active层层。如果不画Active层，就意味着该区域是FOX，FOX是刻不透的。6.金属层金属层l金属层主要用于电路中的连线，也可以用来做电容的极板。允许使用的金属层的数量取决于具体的工艺，目前最多可达9层。最下方，即最靠近半导体材料的金属层是Metal1层，从下往上，依次为Metal1 、Metal2 、Metal3等。6.通孔通孔l金属与金属之间的连接使用通孔via.其中via1连接金属1和金属2,via2连接金属2和金属3.l每种通孔都是独立的层.7.钝化开窗层钝化开窗层.l芯片顶层有较厚的绝缘层(glass层),但压焊点处需开窗.完整的完整的NMOS管版图