微电子技术经验综合实践P阱CMOS芯片制作工艺设计

1、微电子技术综合实践设计报告题目：P阱CMOS芯片制作工艺设计院系：自动化学院电子工程系专业班级：学生学号：学生姓名：指导教师姓名：职称：起止时间：6月27日7月8日成绩：目录一、设计要求31、设计任务32、特色指标要求33、构造参数参照值34、设计内容3二、MOS管的器件特色设计31、NMOS管参数设计与计算32、PMOS管参数设计与计算4三、工艺流程设计51、衬底制备52、初始氧化63、阱区光刻64、P阱注入65、剥离阱区的氧化层66、热生长二氧化硅缓冲层67、LPCVD制备Si3N4介质68、有源区光刻：即第二次光刻79、N沟MOS管场区光刻7欢迎共阅10、N沟MOS管场区P+注入711、

2、局部氧化812、剥离Si3N4层及SiO2缓冲层813、热氧化生长栅氧化层814、P沟MOS管沟道区光刻815、P沟MOS管沟道区注入816、生长多晶硅817、刻蚀多晶硅栅818、涂覆光刻胶919、刻蚀P沟MOS管地区的胶膜920、注入参杂P沟MOS管地区921、涂覆光刻胶922、刻蚀N沟MOS管地区的胶膜923、注入参杂N沟MOS管地区924、生长PSG925、引线孔光刻1026、真空蒸铝1027、铝电极反刻10四、P阱光刻版111.氧化生长112.曝光123.氧化层刻蚀124.P阱注入135.形成P阱136.氮化硅的刻蚀147.场氧的生长148.去除氮化硅159.栅氧的生长1610.生长多

3、晶硅1611.刻蚀多晶硅1712.N离子注入1713.P+离子注入1714.生长磷化硅玻璃PSG18欢迎共阅15.光刻接触孔1816.刻铝1917.钝化保护层淀积20五、工艺实行方案20六、心得意会22七、参照资料23欢迎共阅一设计要求：1、设计任务：N阱CMOS芯片制作工艺设计2、特色指标要求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V3V，漏源击穿电压BV=35V,栅源击穿电压BV25V,跨导g2mS,截DsatDSGSm止频次f2s）3GHz（迁徙率=600cm/Vmaxnp沟多晶硅栅MOSFET：阈值电压VTp=-1V,漏极饱和电流I

4、Dsat1mA,漏源饱和电压VDsat，漏源击穿电压DS栅源击穿电压GS25V,跨导m0.5mS,截3VBV=35V,BVg2s）止频次fmax1GHz（迁徙率p=220cm/V3、构造参数参照值：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阱混杂后的方块电阻为3300/，结深为56m；NMOS管的源、漏区磷混杂后的方块电阻为25/，结深为1.01.2m；PMOS管的源、漏区硼混杂后的方块电阻为25/，结深为1.01.2m；场氧化层厚度为1m；栅氧化层厚度为500?；多晶硅栅厚度为40005000?。4、设计内容、MOS管的器件特色参数设计计算；、确立p

5、阱CMOS芯片的工艺流程，画出每步对应的剖面图；3、分析光刻工艺，画出整套光刻版表示图；4、给出n阱CMOS芯片制作的工艺实行方案（包含工艺流程、方法、条件、结果）欢迎共阅二MOS管的器件特色设计1、NMOS管参数设计与计算：由BVGSEBtox得toxBVGS25417?,Coxox则Cox8.3108F2EB6106toxVcmcmfmaxn(VGSVT)3.23m2L21GHz得L再由IDSATWpCOXVV2mAGSTDSW12.22L(GST)，式中（V-V）V(sat)，得L又gmIDWnCOXVVms，得W9.1L(GSTLVGS阈值电压VTP(|QSD(max)|QSS)tox

6、2fnmsox取ND发现当ND11017cm3时VTP1.05V符合要求,又BVDSqNDL2得L0.7m2s2、PMOS管参数设计与计算：因为BVGSEBtox,此中，EB6106Vcm，BVGSVBVGS25417?25所以tox6106EBVcmWpCox(VGS2，式中（V-V）V(sat)，2LGSTDSCoxoxt8.22108oxIDsat1mA故可得宽长比：由gmIDWnCOX(VGSVT)2ms可得宽长比：VGSL取nmos衬底浓度为1.41016cm3查出功函数差与混杂浓度的关系可知：ms1.12V取NA发现当NA2.8106cm3时；VTN0.045V符合要求又BVDSq

7、NAL2可知2sL2sBVDS1.23mW14qNA故取L2mL欢迎共阅三.工艺流程分析1、衬底制备。因为NMOS管是直接在衬底上形成，所认为防备表面反型，混杂浓度一般高于阈值电压所要求的浓度值，此后还要经过硼离子注入来调理。CMOS器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，所以选择晶向为的P型硅做衬底，电阻率约为20?CM。、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准备。阱区掩盖氧化介质层的厚度取决于注入和退火的掩盖需要。这是P阱硅栅CMOS集成电路的制造工艺流程SiO2序列的第一次氧化。衬底N-Si3、阱区光刻。是该款P阱硅栅CMOS集成电路制造工艺流程序列的

8、第一次光刻。若采纳典型的常例湿法光刻工艺，应当包含：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，达成P型阱区注入的窗口SiO2N-Si4、P阱注入。欢迎共阅是该P阱硅栅COMS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。P-wellN-sub5、剥离阱区氧化层。6、热生长二氧化硅缓冲层：除去Si-Si3N4界面间的应力，第二次氧化。7、LPCVD制备Si3N4介质。Si3N4薄氧P-wellN-sub8、有源区光刻：即第二次光刻Si3N4P-wellN-Si欢迎共阅9、N沟MOS管场区光刻。即第三

9、次光刻，以光刻胶作为掩盖层，刻蚀出N沟MOS管的场区注入窗口。10、N沟MOS管场区P+注入：第二次注入。N沟MOS管场区P+的注入首要目的是加强阱区上沿地点处的间隔见效。同时，场区注入还拥有以下附带作用：A场区的重混杂注入客观上阻断了场区寄生mos管的工作重混杂场区是横向寄生时期无效而向来了闩锁效应：场区重混杂将是局部的阱区电极接触表面的金半接触特色有所改良。综合9，10两个步骤如图光刻胶B+P-N-Si11、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。综合11，,12两个步骤如图欢迎共阅P-N-Si13、热氧化生长栅氧化层：第四次氧化。14、P沟MOS管沟

10、道区光刻：第四次光刻-以光刻胶做掩盖层。15、P沟MOS管沟道区注入：第四次注入，该过程要求调停P沟MOS管的开启电压。综合13,14,15三个步骤如图B+P-N-Si16、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管的多晶硅栅欧姆接触层及电路中所需要的多晶硅电阻区。综合16,17两个步骤如图欢迎共阅多晶硅P-N-Si18、涂覆光刻胶。19、刻蚀P沟MOS管地区的胶膜：第六次光刻20、注入参杂P沟MOS管地区：第五次注入，形成CMOS管的源区和漏区。同时，此过程所进行的P+注入也可实现电路所设置的P+保护环。B+P-N-Si21、涂覆光刻胶。22、刻蚀N沟MOS管

11、地区的胶膜：第七次光刻23、注入参杂N沟MOS管地区：第六次注入，形成N沟MOS管的源区和漏区。同时，此过程所进行的N+注入也实现了电路所设置的N+保护环。24、生长磷硅玻璃PSG。欢迎共阅As光刻胶P-N-SiPSGN+N+P+P+P-N-Si25、引线孔光刻：第八次光刻，如图欢迎共阅PSGN+N+P+P+P-N-Si26、真空蒸铝。27、铝电极反刻：第九次光刻综合26.27两个步骤如图欢迎共阅AlPSGVDDSPP+DN+N+P+P-N-SiINOUTDNS至此典型的P阱硅栅CMOS反相器单元的管芯制造工艺流程就结束了。四P阱光刻板计算过程；P沟：N沟：L2mW14L28m1.5L3mLL

12、2mW13L26m1.5L3mL关于掩模板l2328m实质取值应稍大于所以故最后l9mw28m氧化生长2.曝光欢迎共阅氧化层刻蚀4.P阱注入形成P阱氮化硅的刻蚀计算过程；P阱有源区应与P阱同样l1.5L1.5LL4L8m取为9mW故w6w取28m13L场氧的生长去除氮化硅计算过程；l应略大于沟道长度故取为2.5m宽应与掩模板宽一致而上方宽度取m不影响结果栅氧的生长生长多晶硅刻蚀多晶硅12.N离子注入13.P+离子注入生长磷化硅玻璃PSG光刻接触孔计算过程；接触孔模板源极长3m故接触孔长应小于3m取2m，宽取3m刻铝钝化保护层淀积欢迎共阅五工艺实行方案工工工设计目标工工艺条件艺艺艺构造参数艺步名

13、目方骤称的法1衬底选获得衬电阻率择底20cm晶向2一次氧为形成p厚度：干氧-干氧1200化阱供给掩0.435m湿氧-10min（外延）蔽膜干氧湿氧120020min干氧120010min3一次光为硼供给电子束正胶刻扩散窗口曝光4一次离注入形成离子注子注入P阱入5一次扩热驱入达结深5m有限表散到P阱所面源扩需深度散欢迎共阅6二次氧作为氮化膜厚膜厚干氧氧化硅膜的缓600?化冲层7氮化硅作为光刻膜厚1000?LPCVD膜淀积有源区的掩盖膜8二次光为磷扩散电子束正胶刻供给窗口曝光9场氧一利用氮化厚度1000?湿氧氧T1200C，硅的掩化95水温。蔽，在没有氮化硅、经P离子注入的地区生成一层场区氧化层1

14、0三次光除去P阱电子束正胶刻中有源区曝光的氮化硅和二氧化欢迎共阅硅层11场氧二生长场氧厚度约为1湿氧氧化层微米化12二次离调整阈值表面浓度注入子注入电压结深P+方块电阻13栅极氧形成栅极厚度500?干氧化氧化层14多晶硅淀积多晶厚度4000?LPCVDT=600淀积硅层15四次光形成PMOS电子束正胶刻多晶硅曝光栅，并刻出PMOS有源区的扩散窗口16三次离形成PMOS表面浓度注入子注入有源区结深B+方块电阻17五次光形成NMOS电子束正胶刻多晶硅曝光欢迎共阅栅，并刻出NMOS有源区的扩散窗口18四次离形成NMOS峰值浓度注入子注入有源区结深P+方块电阻19二次扩达到所需结深热驱入950t=12

15、min散结深表面浓度20淀积磷保护LPCVD硅玻璃21六次光刻金属化电子束正胶刻的接触孔曝光22蒸铝淀积溅射Al-Si合刻铝金，并形成集成电路的最后互连欢迎共阅六、心得意会：经过此次课程设计，使我更为扎实的掌握了相关微电子技术方面的知识，在设计过程中固然碰到了一些问题，但经过一次又一次的思虑，一遍又一遍的检查终于找出了原由所在，也裸露出了先期我在这方面的知识短缺和经验不足。过而能改，善莫大焉。在课程设计过程中，我们不停发现错误，不停更正，不停意会，不停获得。此次课程设计终于顺利达成了，在设计中碰到了很多问题，最后在老师的指导下，终于游逆而解。在此后社会的发展和学习实践过程中，必定要不懈努力，不

16、可以碰到问题就想到要退却，必定要不胜其烦的发现问题所在，此后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在此后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永久不可以能收获成功，收获欢喜，也永久不可以能获得社会及别人对你的认同！课程设计固然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技术上的提高，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我很多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。同时，设计让我感想很深。使我对抽象的理论有了详细的认识。经过此次课程设计，我掌握了CMOS器件的特色参数的计算以及它的工艺制作过程我认为，在这学期的课设中，不只培育了独立思虑的能力，在各样其余能力上也都有了提高。更重要的是，在课程

17、设计过程中，我们学会了很多学习的方法。而这是此后最适用的，真的是得益匪浅。要面对社会的挑战，只有不停的学习、实践，再学习、再实践。这关于我们的未来也有很大的帮助。此后，不论有多苦，我想我们都能变苦为乐，搜寻风趣的事情，发现此中难得的事情。就像中国提议的艰辛奋斗同样，我们都可以在实验结束此后变的更为成熟，见面对需要面对的事情。欢迎共阅回首起此课程设计，到现在我仍感想颇多，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，可是可以学到很多很多的东西，同时不只可以坚固了从前所学过的知识，并且学到了很多在书籍上所没有学到过的知识。经过此次课程设计我懂得了理论与实质相联合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学

18、的理论知识与实践相联合起来，从理论中得出结论，才能真实为社会服务，进而提高自己的实质着手能力和独立思虑的能力。在设计的过程中碰到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最后都获得认识决。课程设计中，也对团队精神的进行了观察，让我们在合作起来更为默契，在成功后一同意会欢喜的心情。果真是团结就是力量，只有相互之间默契友好的配合才能换来最后圆满的结果。此次设计也让我理解了思路即出路，有什么不懂不理解的地方要实时讨教或上网查问，只需认真研究，动脑思虑，着手实践，就没有弄不懂的知识，得益匪浅。我认为，在这学期的实验中，在收获知识的同时，还收获了经历，收获了成熟，在此过程中，我们经过查找大批资料，讨教老师和同学。使我再专业知识得了到很好的提高，在此，要对给过我帮助的全部同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！课设的成功，少不了老师的耐心指导和同学的热情帮助，以及小组中其余成员的鼎力配合。没有大家的默契，也收获不了今天的成功，在课设的过程中每个人都努力查找资料，认真检查，认真查对，都付出了自己的努力和艰辛，在此，感谢全部人的努力和帮助，才使课设可以得以顺利地达成。六、参照资料1、王蔚，田丽，任明远