N阱硅结构CMOS集成电工艺设计方案

1、N阱硅栅结构的CMO集成电工艺设计一.基本要求设计如下电路的工艺流程1 1_11 H1 I(1) 设计上图所示电路的生产工艺流程(2) 每一具体步骤需要画出剖面图；(3) 每一个步骤都要求说明，例如进行掺杂时，是采用扩散还是离子注入，需要 解释原因，又如刻蚀,采用的是干法刻蚀，还是湿法刻蚀，这类问题都须详细 说明.(4) 在设计时,要考虑隔离,衬底选择等问题.(5) 要求不少于5页,字迹工整，画图清楚.二、设计的具体实现2.1工艺概述n阱工艺为了实现与LSI的主流工艺增强型/耗层型(E/D)的完全兼容，n 阱CMOS：艺得到了重视和发展。它采用 E/D NMOS勺相同的p型衬底材料制备 NMO

2、器件，采用离子注入形成的n阱制备PMO器件，采用沟道离子注入调整两 种沟遭器件的阈值电压。n阱CMOS：艺与p阱CMOS：艺相比有许多明显的优 点。首先是与E/D NMO工艺完全兼容，因此，可以直接利用已经高度发展的 NMOS 工艺技术；其次是制备在轻掺杂衬底上的 NMOS勺性能得到了最佳化-保持了高 的电子迁移率，低的体效应系数，低的 n+结的寄生电容，降低了漏结势垒区的 电场强度，从而降低了电子碰撞电离所产生的电流等。这个优点对动态CMO电路，如时钟CMO电路，多米诺电路等的性能改进尤其明显。这是因为在这些动态电路中仅采用很少数目的 PMO器件，大多数器件是NMOS 型。另外由于电子迁移率

3、较高，因而n阱的寄生电阻较低；碰撞电离的主要来源 电子碰撞电离所产生的衬底电流，在 n阱CMO中通过较低寄生电阻的衬底流 走。而在p阱CMO中通过p阱较高的横向电阻泄放，故产生的寄生衬底电压在n阱CMO中比p阱要小。在n阱CMO中寄生的纵向双极型晶体管是 PNP型，其 发射极电流增益较低，n阱CMO结构中产生可控硅锁定效应的几率较p阱为低。 由于n阱CMO的结构的工艺步骤较p阱CMO简化，也有利于提高集成密度例如由于磷 在场氧化时，在n阱表面的分凝效应，就可以取消对PMOS勺场注入和隔离环。杂 质分凝的概念：杂质在固体-液体界面上的分凝作用再结晶层中杂质的含量决定于固溶度-制造合金结（突变结）

4、；杂质在固体-固体界面上也存在分凝 作用例如，对Si/SiO2界面：硼的分凝系数约为3/10 ,磷的分凝系数约为10/1 ; 这就是说，掺硼的Si经过热氧化以后，Si表面的硼浓度将减小，而掺磷的 Si 经过热氧化以后，Si表面的磷浓度将增高）。n阱CMO基本结构中含有许多性能良好的功能器件，对于实现系统集成及 接口电路也非常有利。图A （a）和（b）是p阱和n阱CMO结构的示意图。N阱硅 栅CMOS IC的剖面图光刻5,刻N+离子注入掩膜版N离子注入2.2现在COM工艺多采用的双阱工艺制作步骤主要表现为以下几个步骤： N阱的形成外延生长，外延层已经进行了轻的 P型掺杂原氧化生长这一氧化层主要是

5、 a）保护表面的外延层免受污染，b）阻止了在注入 过程中对硅片过度损伤，c）作为氧化物层屏蔽层，有助于控制流放过程中杂质的注入深度第一层掩膜，n阱注入n阱注放（高能）退火 退火后的四个结果：a）裸露的硅片表面生长了一层新的阴挡氧化层，b）高温使得杂质向硅中扩散 c）注入引入的损伤得到修复，d）杂质原子与硅原子间的 共价键被激活，使得杂质原子成为晶格结构中的一部分。瞬注人II I HHM U1H4汕 1 H MH H i“阱丿O p*外延层1-r J1IIIif硅村底（A 住=200 Turn. V 1019. Id dn阱的形成CW 心1JillHH2.3工艺流程1. 初始氧化2. 光刻1.（

6、 1）刻N阱（2）形成N阱（3）沉积光刻2（ 1）刻有源区，场区硼离子注入（2）氧场光刻3.（ 1）场氧（2）栅氧化，开启电压调整（3）多晶硅淀积光刻4.（ 1）刻NMO管硅栅，磷离子注入形成 NMO管光刻5.（ 1）刻PMO管硅栅，硼离子注入及推进，形成 PMO管（2）磷硅玻璃淀积光刻6.（ 1）刻孔、磷硅玻璃淀积回流（2）蒸铝光刻7（ 1）刻铝光刻8（ 1）刻钝化孔鶴晶硅淀积开启电压调整场氧II光刻3场氧I光刻4光刻5F£G淀积N阱硅栅CMOSC艺流程二、注意事项1. 有源区和场区是互补的，晶体管做在有源区处，金属和多晶连线多做在场 区上。2. 有源区和P+,N+注入区的关系：有

7、源区即无场氧化层，在这区域中可做N型和P型各种晶体管，此区一次形成。3. 至于以后何处是NMO晶体管，何处是PMO晶体管，要由P+注入区和N+ 注入区那次光刻决定。4. 有源区的图形（与多晶硅交叠处除外）和 P+注入区交集处即形成P+有源 区，P+注入区比所交有源区要大些。5. 有源区的图形（与多晶硅交叠处除外）和 N+注入区交集处即形成N+有源 区，N+注入区比所交有源区要大些。6. 两层半布线金属，多晶硅可做连线，所注入的有源区也是导体，可做短连线（方块电阻 大）。三层布线之间，多晶硅和注入有源区不能相交布线，因为相交处形成了晶 体管，使得注入有源区连线断开。7. 三层半布线金属1,金属2

8、 ,多晶硅可做连线，所注入的有源区也是导体，可做短连线 （方块电阻大）。四层线之间，多晶硅和注入有源区不能相交布线，因为相交处 形成了晶体管，使得注入有源区连线断开。四、总结与展望作为一个电子专业的学生，我深深地知道自己所学的专业是一个非常前沿的专业，它像一股狂潮正在日新月异的发展着。 微电子专业主要研究新型电子器件 及大规模集成电路的设计、制造，计算机辅助集成电路分析，各种电子器件的基 础理论、新型结构、制造工艺和测试技术，以及新型集成器件的开发。微电子学 近年来的发展，使计算机能力成倍数地增加，硬件成本大幅度降低，从而极大地 推动了工业以及信息产业的发展。还有如激光器的研究应用、传感器的研

9、究等的 当代热点研究领域，都是微电子的范畴或者与之紧密相关。微电子技术的发展， 是现代工业的基础和信息化工等。 所以我知道自己也要努力，风景一片大好，我 会尽全力与科技一同进步。通过本次课程设计，我们掌握了 N阱硅栅CMO工艺流程及其基本方法在完 成过程中，发现许多知识仍有盲点，从网上查找资料最后也不能完全解答。 后来 仔细跟同学研究使得问题得到了解答。 COMS勺知识很深很难懂，在设计过程中 遇到了很多困难。但是作为毕业实际之前的最后一次课程设计， 一定要努力做好 它，在老师和同学的帮助下，最终课程设计得以完成，在大学的四年里做了很多 课程设计，每次课程设计都有很多收获，这次也一样，这是一次非常好提升自己 的机会，都能给自己补充很多能量，每