集成电路制造工艺 课件 第10章 CMOS集成电路制造工艺

集成电路制造工艺

--CMOS结构及工作原理第十章CMOS集成电路制造工艺CMOS结构及工作原理CMOS工艺流程CMOS其他相关工艺本章要点第十章CMOS集成电路制造工艺CMOS结构及工作原理CMOS工艺流程CMOS其他相关工艺本章要点§10.1CMOS反相器结构CMOS反相器电路N型衬底P阱n+n+p+p+P+n+ViV0VddVss剖面图工作原理：当输入Vi为“1”（高电平）时，NMOS管导通，PMOS管截止，输出Vo为“0”（低电平）；但输入Vi为“0”（低电平）时，NMOS管截止，PMOS管导通，输出Vo为“1”（高电平）。5P阱结构（1)P阱N型衬底P阱n+n+p+p+场氧化多晶硅栅氧化特点：P阱杂质浓度的典型值要比N型衬底高五到十倍才能保证器件的下常性能。缺点：但P阱的过渡掺杂使n沟道的器件速度会下降。特点：N沟道的器件是在P型衬底上制成，与标准的NMOS器件工艺兼容，P沟道晶体管同样会受过渡掺杂的影响。p型衬底N阱p+p+n+n+场氧化多晶硅栅氧化N阱结构特点：在轻掺杂的衬底中分别注入不同类型的杂质，可以对每个阱区的杂质分别独立地进行控制，优化N和P沟的器件性能p型衬底N阱p+p+n+n+场氧化多晶硅栅氧化P阱N+N+双阱结构CMOS电路的隔离----LOCOS工艺LOCOS工艺流程图工艺特点：同时解决了器件隔离和寄生器件形成两个问题，当采用等平面氧化工艺时，可以获得近乎平坦的表面。存在的问题：会有“鸟嘴”问题，会减小器件的有效宽度，从而减小了晶体管的驱动电流，另外场区杂质扩散进有源区的边缘，将提高器件的阈值电压，从而减小器件的驱动电流。LOCUS工艺的芯片沿MOS晶体管方向的剖面图LOCOS工艺的芯片沿MOS晶体管方向的剖面图轻掺杂部份，掺杂剂量一般为1-5*1013cm-2重掺杂部份，掺杂剂量为1-5*1015cm-2由于在栅极边缘附近的杂质浓度比用常规工艺低，所以这个区域的电场强度能够降低。特点：轻掺杂技术（LDD）是指在源漏扩展区进行轻掺杂的一种技术。超浅的扩展区形成浅结，抑制短沟道效应；较深的源漏区形成良好的欧姆接触。轻掺杂漏技术注入之前低剂量注入形成轻掺杂层

淀积氮化硅层

刻蚀氮化硅层形成侧墙

高剂量，高能量离子注入形成重掺杂层

退火驱进形成源漏退火驱进形成源漏注入之前LDD工艺流程SiO2硅栅硅栅栅氧源漏区

硅栅的自对准自对准技术是利用单一掩模版在硅片上形成多层自对准结构的技术，它可以简化工艺，消除多块掩模版之间的对准容差。硅栅的自对准是在硅栅形成后，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，寄生电容更小硅栅的自对准CMOS衬底电极的引出P-substrateN-NP＋P＋N＋N＋N阱P＋

FOXN＋PMOSNMOSBSGDSBGNMOS管和PMOS管的衬底电极都从上表面引出，由于P型衬底和N阱的掺杂浓度都较低，为了避免整流接触，电极引出处必须有浓掺杂区。CMOS电路衬底电极的引出谢谢！集成电路制造工艺

--CMOS工艺流程单位：江苏信息职业技术学院微电子教研室第十章CMOS集成电路制造工艺CMOS结构及工作原理CMOS工艺流程CMOS其他相关工艺本章要点第十章CMOS集成电路制造工艺CMOS结构及工作原理CMOS工艺流程CMOS其他相关工艺本章要点1.衬底硅材料选择，阱区形成P-Si衬底（a）衬底准备（b）一次氧化（c）n-阱光刻（第一次光刻）n-阱n-阱n-阱（d）n-阱注入（e）推进后形成阱区（f）去除氧化层后的阱区§10.2CMOS工艺流程2.有源区形成（a）生成薄氧化层和氮化硅层（b）光刻有源区（第二次光刻）（c）生成场氧化层（Fox）（d）去除氮化硅及薄氧化层后的场氧化层3.多晶硅栅形成（a）栅氧化层形成（b）淀积多晶硅（c）光刻多晶硅栅4.NMOS管源、漏形成（a）光刻n+-S/D注入窗口（b）n+-S/D注入5.PMOS管源、漏形成（a）光刻p+-S/D注入窗口（b）p+-S/D注入6.接触孔形成（a）淀积硼磷硅玻璃（b）光刻接触孔（c）淀积金属7.金属互连线形成金属互连线形成8.钝化层形成钝化层的形成谢谢！集成电路制造工艺

--CMOS其他相关工艺单位：江苏信息职业技术学院微电子教研室第十章CMOS集成电路制造工艺CMOS结构及工作原理CMOS工艺流程CMOS其他相关工艺本章要点第十章CMOS集成电路制造工艺CMOS结构及工作原理CMOS工艺流程CMOS其他相关工艺本章要点§10.3CMOS其他相关工艺深亚微米CMOS结构淀积氮化硅光刻刻蚀形成浅槽

高压CVDSiO2

CMPSiO2至Si3N4层

CMP去除Si3N4STI特点：占用的面积小不会形成鸟嘴用CVD淀积绝缘层减少高温过程，更平坦的表面，更多的工艺步骤浅沟槽隔离（STI）可以对每个阱区的杂质分别独立的控制得到更平坦的表面做在阱内的器件可以减少受到α粒子辐射的影响外延衬底有助于抑制体硅CMOS中的寄生闩锁效应外延双阱工艺逆向掺杂技术就是利用纵向非均匀衬底掺杂，抑制短沟穿通电流，降低阈值电压逆向掺杂技术环绕掺杂技术就是利用横向非均匀衬底掺杂，在源漏区形成局部高掺杂区，可以进一步降低短沟效应，降低源漏区横向扩散，提高杂质分布梯度以降低源漏串联电阻环绕掺杂技术先在硅晶圆上埋入SiO2绝缘层，然后以此绝缘层作为基底，在表面硅层制作晶体管，主要利用离子注入等微制造工艺实现。降低晶体管漏电流的有效工艺技术，主要是注氧隔离法（SIMOX）和智能剥离法（Smartcut）。速度高功耗低

集成密度