P阱CMOS芯片制作工艺设计

1、P阱CMOS芯片制作工艺设计,制作：韩光、黄云龙、 黄文韬,设计任务,一、MOS管的器件结构参数确定,NMOS管参数设计与计算 PMOS管参数设计与计算,NMOS管参数设计与计算,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BVGS20V, 跨导gm2mS, 截止频率fmax3GHz（迁移率n取600cm2/Vs）,NMOS管参数设计与计算,由 得 从而有：,NMOS管参数设计与计算,饱和电流： 跨导： 于是取：W/L 13.4,NMOS管参数设计与计算,由截止频率

2、： 知：L 3.1um 由 和经验公式： 知：,NMOS管参数设计与计算,又因为阈值电压： 其中： 将 带入以上各式可得： 0.48V 与要求,0.5V 相差不多,故 满足要求,NMOS管参数设计与计算,最后由： 故综上取： 则：W=30um,PMOS管参数设计与计算,特性指标要求： 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）,PMOS管参数设计与计算,由 得 从而有：,PMOS管参

3、数设计与计算,饱和电流： 跨导: 于是取：W/L 12.2,PMOS管参数设计与计算,截止频率： 知：L 3.24um 由 和经验公式： 知：,PMOS管参数设计与计算,又因为阈值电压： 其中： 将 带入以上各式可得： 与-1V相比相差稍微有点大，故作微调取： 此时： 满足要求,PMOS管参数设计与计算,最后由： 故综上取： 则：W=60um 注：这里无论是NMOS还是PMOS的计算都是以理想 在计算，实际做时要考虑安全余量适当做厚点,因为 为了保持电流连续性一般取PMOS 的宽长比为NMOS的2倍,P阱CMOS芯片的工艺流程,二、P阱CMOS芯片的工艺流程如下:,衬底制备,初始氧化,阱区光刻

4、,P阱区注入及推进,场氧化及 去除,有源区光刻,淀积,预栅氧化及P管 注入,栅氧及多晶硅 淀积、掺杂 光刻,P+区光刻及注入,N+区光刻及注入,Al淀积、光刻及 合金,引线空光刻,PGS淀积及源漏 区推进,N管场区光刻， 场注入,P阱CMOS芯片的工艺流程,1.衬底制备 由于CMOS器件对界面电荷特别敏感，衬底与 界面态尽可能低，因此选择 晶向为 的N型硅做衬底，电阻率约为,的N型硅衬底,P阱CMOS芯片的工艺流程,2.初始氧化 为阱区的选择性刻蚀和随后的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推进的需要。这是P阱硅栅CMOS集成电路制造工艺流程序列的第一次氧化。,N-S

5、i衬底,P阱CMOS芯片的工艺流程,3.阱区光刻 是P阱硅栅CMOS集成电路制造工艺的第一次光刻，具体包括:涂胶、前烘、曝光、显影、坚膜、腐蚀、去胶等工序， 刻蚀除P阱区注入窗口。,P阱CMOS芯片的工艺流程,4.P阱注入及推进（第一次注入） 次步是P阱硅栅CMOS集成电路制造工艺流程中第一次注入掺杂，P阱注入及推进主要是形成P阱区。,P阱CMOS芯片的工艺流程,5.剥离阱区氧化层 6.热生长垫氧化层 目的是消除 界面间应力，第二次氧化 7.LPCVD淀积,P阱CMOS芯片的工艺流程,8.有源区光刻：即第二次光刻,P阱CMOS芯片的工艺流程,9.N沟MOS管场区光刻：即第三次光刻 以光刻胶作为

6、掩蔽层，刻蚀除N沟MOS管场区的注入窗口。 10.N沟MOS管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，同时场区重掺杂注入客观上组织了场区寄生MOS管工作 综合9、10两个步骤如图:,P阱CMOS芯片的工艺流程,11.局部氧化：第三次化 目的：生长场氧化层 12.剥离 和 的缓冲层 综合11、12两个步骤如图：,P阱CMOS芯片的工艺流程,13.热氧化生长栅氧化层：第四次氧化 14.P沟CMOS管沟道区光刻：第四次光刻 15.P沟MOS管沟道区注入（第四次注入）：此过程的目的是调整阈值电压 综合13、14、15三个步骤如图：,P阱CMOS芯片的工艺

7、流程,16.生长多晶硅 17.刻蚀多晶硅栅（第五次光刻）：形成N沟MOS管和P沟MOS管的多晶硅栅。 综合16、17步骤如图：,P阱CMOS芯片的工艺流程,18.涂光刻胶 19.刻蚀P沟MOS管区的胶膜：第六次光刻 20.注入掺杂P沟MOS管区域（第五次注入）：形成CMOS管的源区和漏区。 综合18、19、20三步如图：,P阱CMOS芯片的工艺流程,21.涂光刻胶 22.刻蚀N沟MOS管区域的胶膜：第七次光刻 23.注入掺杂N沟MOS管区域（第六次注入）：形成MOS管的源漏区。 24.生长磷硅玻璃:对器件隔离保护。 综合21、22、23、24四步如图：,P阱CMOS芯片的工艺流程,25.引线孔

8、光刻：第八次光刻 如下图：,P阱CMOS芯片的工艺流程,P阱CMOS芯片的工艺流程,26.真空蒸铝 27.铝电极反刻 综合26、27两步如图：,Al,PSG,薄膜加工工艺参数计算,三、薄膜加工工艺参数计算 （1）阱区注入时掩蔽膜厚度的计算以及验证和生长 离子注入 P阱形成 高温推进 由P阱的方块电阻 B注入补偿后的杂质计量,薄膜加工工艺参数计算,由衬底电阻率 查表可知 若P阱结深5um 则补偿杂质剂量 与 相比可以忽略，故注入剂量： 若取注入能量E=45kev则 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 下进行推进达到结深要求,当T=1200 时 注入后的

9、推进 可以看做有限表面源扩散则推进所需时间为： 根据最小掩蔽膜公式对于CMOS器件： T=1200 时 =0.62um 对于实际器件掩蔽膜厚度应为 的1.52倍,薄膜加工工艺参数计算,故氧化掩蔽膜厚度为1.24um 采用干-湿-干法生成 对于 : T=1200 时 干氧： 湿氧： 第一步：15min干氧 由： 知：,薄膜加工工艺参数计算,薄膜加工工艺参数计算,第二步:湿氧135min 先将前部干氧对次步的影响算出： =1.16um 采用公式： 得： 第三步：干氧15min 先将前部干氧对次步的影响算出： =2150.7min,薄膜加工工艺参数计算,采用公式： 得： 所以综上：掩蔽膜厚度即符合结深要求，又有适当工艺生成。 （2）生长600 的垫氧化层,为了使后道工艺対前道工艺的影响小，此时T取1100 采用干氧生成。 对于 : T=1100 时 由公式： 得：t=23.57min,薄膜加工工艺参数计算,薄膜加工工艺参数计算,（3）生长场氧化层厚度为1um： 选取湿氧工艺，T取1100 则:对于 由公式： 得：t=139.4min (4)栅氧化生长厚度为417 ： 选