MOS集成电路的基本制造工艺

MOS集成电路的基本制造工艺第1页/共218页第2页/共218页CMOS工艺技术是当代VLSI工艺的主流工艺技术，它是在PMOS与NMOS工艺基础上发展起来的。其特点是将NMOS器件与PMOS器件同时制作在同一硅衬底上。

CMOS工艺技术一般可分为三类，即

P阱CMOS工艺

N阱CMOS工艺双阱CMOS工艺第3页/共218页P阱CMOS工艺

P阱杂质浓度的典型值要比N型衬底中的高5~10倍才能保证器件性能。然而P阱的过度掺杂会对N沟道晶体管产生有害的影响，如提高了背栅偏置的灵敏度，增加了源极和漏极对P阱的电容等。第4页/共218页P阱CMOS工艺

电连接时，P阱接最负电位，N衬底接最正电位，通过反向偏置的PN结实现PMOS器件和NMOS器件之间的相互隔离。P阱CMOS芯片剖面示意图见下图。第5页/共218页N阱CMOS工艺

N阱CMOS正好和P阱CMOS工艺相反，它是在P型衬底上形成N阱。因为N沟道器件是在P型衬底上制成的，这种方法与标准的N沟道MOS(NMOS)的工艺是兼容的。在这种情况下，N阱中和了P型衬底，P沟道晶体管会受到过渡掺杂的影响。第6页/共218页N阱CMOS工艺

早期的CMOS工艺的N阱工艺和P阱工艺两者并存发展。但由于N阱CMOS中NMOS管直接在P型硅衬底上制作，有利于发挥NMOS器件高速的特点，因此成为常用工艺。第7页/共218页N阱CMOS芯片剖面示意图N阱CMOS芯片剖面示意图见下图。第8页/共218页双阱CMOS工艺

随着工艺的不断进步，集成电路的线条尺寸不断缩小，传统的单阱工艺有时已不满足要求，双阱工艺应运而生。第9页/共218页双阱CMOS工艺通常双阱CMOS工艺采用的原始材料是在N+或P+衬底上外延一层轻掺杂的外延层，然后用离子注入的方法同时制作N阱和P阱。第10页/共218页双阱CMOS工艺使用双阱工艺不但可以提高器件密度，还可以有效的控制寄生晶体管的影响，抑制闩锁现象。第11页/共218页双阱CMOS工艺主要步骤

双阱CMOS工艺主要步骤如下：（1）衬底准备：衬底氧化，生长Si3N4。（2）光刻P阱，形成阱版，在P阱区腐蚀Si3N4，

P阱注入。（3）去光刻胶，P阱扩散并生长SiO2。（4）腐蚀Si3N4，N阱注入并扩散。（5）有源区衬底氧化，生长Si3N4，有源区光刻和腐蚀，形成有源区版。（6）

N管场注入光刻，N管场注入。第12页/共218页双阱CMOS工艺主要步骤（7）场区氧化，有源区Si3N4和SiO2腐蚀，栅氧化，沟道掺杂（阈值电压调节注入）。（8）多晶硅淀积、掺杂、光刻和腐蚀，形成多晶硅版。（9）

NMOS管光刻和注入硼，形成N+版。（10）

PMOS管光刻和注入磷，形成P+版。（11）硅片表面生长SiO2薄膜。（12）接触孔光刻，接触孔腐蚀。（13）淀积铝，反刻铝，形成铝连线。第13页/共218页MOS工艺的自对准结构自对准是一种在圆晶片上用单个掩模形成不同区域的多层结构的技术，它消除了用多片掩模所引起的对准误差。在电路尺寸缩小时，这种有力的方法用得越来越多。有许多应用这种技术的例子，例子之一是在多晶硅栅MOS工艺中，利用多晶硅栅极对栅氧化层的掩蔽作用，可以实现自对准的源极和漏极的离子注入，如图所示。第14页/共218页自对准工艺示意图第15页/共218页自对准工艺上图中可见形成了图形的多晶硅条用作离子注入工序中的掩模，用自己的“身体”挡住离子向栅极下结构（氧化层和半导体）的注入，同时使离子对半导体的注入正好发生在它的两侧，从而实现了自对准。而且原来呈半绝缘的多晶硅本身在大量注入后变成低电阻率的导电体。可见多晶硅的应用实现“一箭三雕”之功效。第16页/共218页第17页/共218页第18页/共218页第19页/共218页第20页/共218页第21页/共218页第22页/共218页第23页/共218页第24页/共218页第25页/共218页第26页/共218页第27页/共218页第28页/共218页第29页/共218页第30页/共218页第31页/共218页第32页/共218页第33页/共218页第34页/共218页第35页/共218页第36页/共218页第37页/共218页第38页/共218页第39页/共218页第40页/共218页第41页/共218页第42页/共218页第43页/共218页第44页/共218页第45页/共218页第46页/共218页第47页/共218页第48页/共218页第49页/共218页第50页/共218页第51页/共218页第52页/共218页第53页/共218页第54页/共218页第55页/共218页第56页/共218页第57页/共218页第58页/共218页第59页/共218页第60页/共218页第61页/共218页第62页/共218页第63页/共218页第64页/共218页第65页/共218页

无定形硅第66页/共218页第67页/共218页第68页/共218页第69页/共218页第70页/共218页第71页/共218页第72页/共218页第73页/共218页第74页/共218页第75页/共218页第76页/共218页第77页/共218页第78页/共218页锑离子第79页/共218页第80页/共218页第81页/共218页第82页/共218页第83页/共218页第84页/共218页第85页/共218页第86页/共218页第87页/共218页第88页/共218页第89页/共218页第90页/共218页第91页/共218页第92页/共218页第93页/共218页第94页/共218页第95页/共218页第96页/共218页第97页/共218页第98页/共218页第99页/共218页第100页/共218页第101页/共218页氩第102页/共218页第103页/共218页第104页/共218页第105页/共218页第106页/共218页第107页/共218页第108页/共218页第109页/共218页第110页/共218页第111页/共218页第112页/共218页第113页/共218页第114页/共218页第115页/共218页第116页/共218页第117页/共218页第118页/共218页炭化硅第119页/共218页第120页/共218页第121页/共218页第122页/共218页第123页/共218页第124页/共218页第125页/共218页第126页/共218页第127页/共218页第128页/共218页第129页/共218页第130页/共218页第131页/共218页第132页/共218页第133页/共218页第134页/共218页第135页/共218页第136页/共218页第137页/共218页第138页/共218页第139页/共218页第140页/共218页第141页/共218页第142页/共218页第143页/共218页第144页/共218页第145页/共218页第146页/共218页第147页/共218页第148页/共218页第149页/共218页第150页/共218页第151页/共218页第152页/共218页第153页/共218页第154页/共218页第155页/共218页第156页/共218页第157页/共218页第158页/共218页第159页/共218页第160页/共218页第161页/共218页第162页/共218页第163页/共218页第164页/共218页第165页/共218页第166页/共218页第167页/共218页第168页/共218页第169页/共218页第170页/共218页第171页/共218页第172页/共218页第173页/共218页第174页/共218页第175页/共218页第176页/共218页第177页/共218页第178页/共218页第179页/共218页第180页/共218页第181页/共218页第182页/共218页第183页/共218页第184页/共218页第185页/共218页第186页/共218页第187页/共218页第188页/共218页第189页/共218页第190页/共218页第191页/共218页第192页/共218页第193页/共218页第194页/共218页第195页/共218页第196页/共218页第197页/共218页第198页/共218页第199页/共218页第200页/共218页第201页/共218页第202页/共218页第203页/共21