p阱薄膜工艺解析

1、p阱CMO芯片制作工艺设计一. 目录设计参数要求2设计内容31:PMO箱的器件特性参数设计计算。32:NMO管参数设计与计算。43:p阱CMO疝片制作的工艺实施方案；5工艺流程54.光刻工艺及流程图（典型接触式曝光工艺流程为例）105:薄膜加工工艺参数计算；12工艺计算12工艺计算13工艺计算13三：工艺实施方案14四、参考资料18五：心得体会191. .设计参数要求特性指标要求：n沟多晶硅栅MOSFET阈值电压VTn=0.5V,漏极饱和电流IDsatA1mA,漏源饱和电压VDsatV3V,漏源击穿电压BVDs=35V,栅源击穿电压BVGsA25V,跨导g42mS,截止频率fmaX>3G

2、Hz(迁移率2、(±=600cm/Vs)2. p沟多晶硅栅MOSFET阈值电压Vtp=-1V,漏极饱和电流IDsat>1mA,漏源饱和电压VDsatV3V,漏源击穿电压BVDs=35V,栅源击穿电压BVfA25V,跨导gm»0.5mS截止频率fmax>1GHZ迁移率2仲=220cm/Vs)结构参数参考值：N型硅衬底的电阻率为20cm垫氧化层厚度约为600?；氮化硅膜厚约为1000?;P阱掺杂后的方块电阻为3300/，结深为56mNMO蕾的源、漏区磷掺杂后的方块电阻为25/,结深为0.30.5mPMO酹的源、漏区硼掺杂后的方块电阻为25/,结深为0.30.5m场氧

3、化层厚度为1处栅氧化层厚度为500?;多晶硅栅厚度为40005000?。设计内容1:PMO的器件特性参数设计计算则BVgs25c-由BVgsEb得效竺寸417?,CEb610VcmCox&3108Fcm2fmax堂W1GHz得L3.23m再由IDSATWPCOX(VgsVt)21mA，式中(VGsVt)>2LV)s(sat),得12.2T7IDWnCOXW|"乂gm(VgsVt)0.5ms，侍一9.1VgsLL12.2阈值电压Vtp(|QsD(max)|Qss)2fnmsox4sfn12QSD(max)eNAxdTxdT()eMfnKTln(N)ms1.1Ven取ND发

4、现当Nd51016cm3时Vtp1.05V符合要求，乂BVds0.7m2:NMOS参数设计与计算因为BVgsEb,其中，Eb6X106VCm,BVgs25V所以toxBVgsEbdk417?饱和电流:Id(sat)WpCoxA/(VGSVT)2，式中(VgSVt)aVos(sat),CoxoxtIDsat>1mA故可得宽长比:WL1084.51由gmIdVgsWLCOX(VgsVt)2ms可得宽长比:W13.51LWL13.51fmaxng2L2V!3GHZL3.1m|QSD(max)QSS|2fpmsox取nmos衬底浓度为1.41016cm3查出功函数差与掺杂浓度的关系可知：ms1.

5、12VfpeQSSqQss1.61082QSD(max)eNDxdTxdT(4sfP)12eND取Na发现当Na2.8106cm3时；VtN0.045V符合要求乂BVdsL2可知LI2sBVds1.23m故取L2m2sQNa143:p阱CMO芯片制作的工艺实施方案;工艺流程1：衬底制备。由丁NMO®是直接在衬底上形成，所以为防止表面反型，掺杂浓度一般高丁阈值电压所要求的浓度值，其后还要通过硼离子注入来调节。CMOS件对界面电荷特别敏感，衬底与二氧化硅的界面态应尽可能低，因此选择晶向为100的P型硅做衬底，电阻率约为20Q?CM2:初始氧化。为阱区的选择性刻蚀和随后的阱区深度注入做工艺

6、准备。阱区掩蔽氧化介质层的厚度取决丁注入和退火的掩蔽需要。这是P阱硅栅CMOS!成电路的制造工艺流程序列的第一次氧化。3:阱区光刻。是该款P阱硅栅CMOS!成电路制造工艺流程序列的第一次光刻。若采用典型的常规湿法光刻工艺，应该包括：涂胶，前烘，压板，曝光，显影，定影，坚膜，腐蚀。去胶等诸工序。阱区光刻的工艺要求是刻出P阱区注入参杂，完成P型阱区注入的窗口AO卜4:P阱注入。是该P阱硅栅COM集成电路制造工艺流程序列中的第一次注入参杂。P阱注入工艺环节的工艺要求是形成P阱区。5:剥离阱区氧化层6:热生长二氧化硅缓冲层。消除Si-Si3N4界面间的应力，第二次氧化。7:LPCVL®备Si

7、3N4介质。疆知./8:有源区光刻：即第二次光刻9:N沟MOS?场区光刻。10:N沟MO筝场区P+注入。第二次注入。N沟MO筝场区P+I勺注入首要目的是增强阱区上沿位置处的隔离效果。同时，场区注入还具有以下附加作用：A场区的重掺杂注入客观上阻断了场区寄生mos管的工作B重掺杂场区是横向寄生期间失效而一直了闩锁效应：C场区重掺杂将是局部的阱区电极接触表面的金一半接触特性有所改善。11:局部氧化第三次氧化，生长场区氧化层12:剥离Si3N4层及SiO2缓冲层。13:热氧化生长栅氧化层。14:P沟MO筝沟道区光刻15:P沟MO筝沟道区注入16:生长多晶硅。17:刻蚀多晶硅栅易晶畦补N-S>18

8、:涂覆光刻胶。19:刻蚀P沟MO争区域的胶膜。20:注入参杂P沟MO争区域。22:刻蚀N沟MO争区域的胶膜23:注入参杂N沟MO争区域24:生长磷硅玻璃PSGN.ii.25:引线孔光刻26:真空蒸铝。27:铝电极反刻P阱硅栅CMO茨相器单元的管芯制造工艺流程4.光刻工艺及流程图（典型接触式曝光工艺流程为例）氧化生长（打底模）氧化层刻蚀P阱注入形成P阱氮化硅的刻蚀场氧的生长去除氮化硅栅氧的生长(10) 生长多晶硅(11) 刻蚀多晶硅(12) N+离子注入(13) P+离子注入(14) 生长磷化硅玻璃PSG(15) 光刻接触孔(16) 刻铝钝化保护层淀积5:薄膜加工工艺参数计算;工艺计算由P阱的方

9、块电阻R二=330。口匚可计算出B注入的补偿杂质剂量。占=-一=8.6X1012CTn-=。由衬底电阻率20Q-cm查表旺时二P阱结深5km则补偿杂质浓度&=5日igt。与Q比较可以忽略，故，注入剂量为Qb=86x101220q却x二取注入能量E=45KeV!U查图表得.-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=1200C下进行有限表面源扩散达到结深要求。当T=1200C时De=LBXIQUg'5一1。此时所需要的时间为-124min4应M妇命）根据最小掩蔽膜公式对丁CMO器件：T=120OC时D”=7XIQ*m'/s可以解出最小氧化膜厚度应

10、为'an彖1二861逐二0.62m。对丁实际器件，掩蔽膜厚度应为zomtn的1.52倍。故，氧化膜厚度可取1.24从mPMO参杂工艺计算PMO蕾的源、漏区硼掺杂后的方块电阻为25/,则可解得注入的补偿杂质剂量为Qb=一=1136X。衬底参杂浓度为&=2X!LO"eT'，计算的Qs=C£Xj=Wwcm2,它的值可以忽略。取注入能量为E-40KeV则查图表得峪=0A566g7n及、Rp=0.Q58m。可计算出结深叼=史口+2丽（石壬芝）勺=0.451呻。随后在T=950C条件下采用热退火处理12min使其结深达到要求，杂质浓度分布均匀。在此条件下，可由最

11、小掩蔽膜厚度公式=%+履A与l段斤T（211-Q，顼计算所需多晶硅膜厚度。当掩蔽效率达到99.999%寸，查图表得出集体参数，计算的最小多晶硅膜厚度为3194?4000?。NMO参杂工艺计算。P阱的电NMO辑的源、漏区硼掺杂后的方块电阻为25/,则可解得注入的补偿杂质剂量为阻率p=R、号=33QDX5X1旷祉,m=0.165/3m。查表知Cff=3.2X101£cw'3。计算得Q日=5=1.6以冲7,它的值可以忽略。取注入能量为E=140KeV则查图表得、=0.1732m及Rp=0.058lgm0可计算出结深1易=%+2丽（湍匚若）了二0.402pm。随后在T=950C条件下

12、采用热退火处理12min使其结深达到要求，杂质浓度分布均匀。在此条件下，可由最小掩蔽膜厚度公式二原钿=+晶Rerfc-H-晶）计算所需多晶硅膜厚度。当掩蔽效率达到99.999%寸，查图表得出集体参数，计算的最小多晶硅膜厚度为.3494?-4000?。:工艺实施方案工艺步骤工艺名称工艺目的设计目标结构参数工艺方法工艺条件1衬底制衬底制电阻率备备20Q-cm晶向<100>2一次氧化外延为形成P阱提供掩蔽膜厚度1.24颇*F氧一艮氧一F氧土*亦1200CTo二氧15min艮氧135min二氧15min3一次光刻为硼扩散提供窗口电子束曝光正胶40s4一次粒子注入注入形成P阱R=3300/离

13、子注入Q=56XE=40KeV5一次扩散热驱入达到P阱深度结深5pm有限表面源扩散T=1200Ct=134min6二次氧化作为氮化硅薄膜的缓冲层膜厚600?十氧化氧T=1200Ct=9min7氮化硅薄膜淀积作为光刻有源区的掩蔽膜膜厚1000?LPCVDT=600C8二次光刻为磷扩散提供窗口电子束曝光正胶40s9场氧一利用氮厚度湿氧氧T=1200C化硅的掩蔽，在没氮化硅区域生长氧化层1000?化水温95C10三次光刻除去P阱有源区的氮化硅等电子束曝光正胶11场氧二生长氧化层厚度1|im湿氧氧化T=1100Ct=140min12二次离子注入调整阈值电压表血参杂浓度和结深及方块电阻注入磷离子13栅极

14、氧化形成栅极氧化层膜厚417?十氧T=1000Ct=22.2min14多晶硅淀积淀积多晶硅层厚度4000?LPCVDT=600Ct=10min15四次光刻形成PMOS晶硅栅，刻出PMOS有源区扩散口>电子束曝光正胶16三次离子注入形成PMO&源区表面结深，方块电阻注入硼离子剂量为1.136X101SCTn-1E=40KeV17五次光刻形成NMOS多晶硅栅，刻出NMO1有源区扩散口电子束曝光正胶18四次离子注入形成NMOS源区浓度，结深注入磷离子剂量为4.17X1014cm-2E=140KeV19热退火，二次扩散达到所需结深，均匀分布结深，浓度热驱入T=950Ct=12min20淀

15、积磷硅玻璃保护LPCVDT=600Ct=10min21六次光刻刻出金届的接触孔电子束曝光正胶22蒸铝，刻铝淀积铝硅合金并形成集成电路的互溅射连四、参考资料1、王蔚，田丽，任明远编著，集成电路制造技术一一原理与工艺，电子工业出版社，20102、刘睿强，袁勇，林涛编著集成电路制程设计与工艺仿真,电子工业出版社，20113、DonaldA.Neamen著，赵毅强等译半导体器件物理电子工业出版社4、关旭东，集成电路工艺基础，北京大学出版社，20055、陈贵灿，邵志标，程军，林长贵编,CMO集成电路设计，西安:西安交通大学出版社，20006、李乃平主编，微电子器件工艺，华中理工大学出版社，19957、黄

16、汉尧，李乃平编半导体器件工艺原理，上海科学技术出版社，19868、夏海良，张安康等编，半导体器件制造工艺，上海科学技术出版社，1986五：心得体会顺利的完成了此次课程设计报告的内容，已经让人觉得很吃力，通过本次课程设计的学习，使我对丁P阱CMO芯片工艺设计制作的相关流程得以熟悉，更加扎实的掌握了有关微电子技术方面的知识，设计过程中，我们小组关丁公式的选取和参数的估计，存在很大的争议，后来经过三个人共同的商议，最终选择了最优的方案，过程中，一遍乂一遍翻阅课本，网上查阅资料，深深地觉得自己在课程学习中的知识的欠缺，然后我们通过自己相互之间进行讨论，其他小组之间进行相互讨论，一遍乂一遍的订正错误，才

17、得以使课程设计圆满完成，一个小小的课程设计，不仅仅考验人知识的掌握能力，更挑战团队合作和共同解决问题的能力，。在今后社会的发展和学习实践过程中，也为自己能很快的适应团队和适应新项目积累宝贵经验！这是一次简单的尝试，总算我们组根据不同人的分工都能使工作顺利进行下去，非常感谢团队之间其他人的付出我们这次课程设计的内容是P阱CMO芯片制作工艺设计，提供初始条件，要求我们完成PMOSNMOSF参数的设计，还有芯片制作工艺流程简介，和光刻工艺的深入了解，最后，还要求我们分析离子注入的掺杂系数，其中，计算比较多，计算的要求必然是对丁知识的深入掌握，和对丁概念的理解，我们在整个过程中，查阅了现代集成电路制造技术原理与实践半导体器件，以及老师预留的PPT终丁在合作中将这些问题化解。课程设计作为一门时间性比较强的课程也在我们这次合作中有更多体现，操作性较强，大家需要了解的东西很多，我们也在整个过程中学习了很多解决问题的方法，比如，计算机绘图软件，计算软件，模拟软件的学习，都是有必要的且有益的，同学