数字集成电路设计精讲.ppt

* 先进深亚微米CMOS工艺过程 * 先进深亚微米CMOS工艺过程（续） 本节总结 集成电路工艺基础 MOS结构和分类 N阱CMOS工艺 深亚微米CMOS工艺 * * Jack won 2000 Noble prize because of this J-K Flipflop * TTL had a higher integration density than ECL Power – puts an upper limit on the number of gates that can be reliably integrated on a single die * PMOS came first because of fab problems with NMOS NMOS next because of fab problems with CMOS NMOS has speed advantage over PMOS due to carrier mobility * * MOS器件的分类 根据工作机制MOS分为增强型和耗尽型 一般以n沟道增强型MOS举例，增强型器件在栅压小于阈值电压的时候，无法产生导电沟道 耗尽型MOS器件在没有加栅压情况下就有沟道，需要加栅压才能使得沟道消失 * MOS Transistors -Types and Symbols D S G D S G G S D D S G NMOS Enhancement NMOS PMOS Depletion Enhancement B NMOS with Bulk Contact 应用最多的是增强型NMOS和PMOS MOS作为四端器件有D,G,S,B四个电极 在设计中，同类型的MOS器件的衬底一般接相同的电位，为了简便，只画出3端，而默认衬底接电源/地 * MOS晶体管的输入特性 CMOS：增强型NMOS和PMOS 目前的数字集成电路中耗尽型MOS较少使用 * MOS晶体管的分类 * MOS晶体管的结构特点 由于具有源漏同衬底的隔离，MOS器件同双极器件相比占用面积小，集成度高 MOS是绝缘栅结构，即栅极不取电流，输入阻抗高，易于电路间的直接耦合 源漏对称结构使得器件具有双向导通特性，设计灵活 CMOS结构没有静态短路功耗 由于MOS器件是少子导电，需要先产生沟道电荷，然后才能导电，因此速度比双极器件慢 * 第二章 集成电路制作工艺 2.1.1 集成电路加工的基本操作 2.1.2 MOS结构和分类 2.2.1 N阱CMOS工艺 2.2.2 深亚微米CMOS工艺 2.3.1 CMOS IC中的寄生效应 2.3.2 CMOS版图设计规则 2.3.3 SOI工艺 * §2.2.1 N阱CMOS结构和工艺 衬底硅片 制作阱 场区氧化 形成硅栅 形成源、漏区 制作互连线 * 1、硅片的选择 晶向无缺陷的单晶硅片 8英寸硅片，硅片厚度约700um p型硅片，电阻率为10-50Ωcm NMOS做在衬底上，PMOS在N阱里 * CMOS反相器版图：N阱工艺 有源区掺杂： Ndiff Pdiff？ * 2、制作n阱 热氧化形成初始氧化层作为阱区注入的掩蔽层 在氧化层上开出n阱区窗口 注磷在窗口下面形成n阱 退火和阱区推进 * 3、场区氧化 LOCOS工艺具体步骤 生长薄层SiO2缓冲层 淀积氮化硅 刻掉场区的氮化硅和缓冲氧化层 场区注入 热氧化形成场氧化层 * 场氧向有源区侵蚀问题 局部氧化LOCOS工艺 场氧在有源区边缘形成鸟嘴 在缓冲层二氧化硅上淀积一层多晶硅缓冲层 深亚微米工艺一般采用沟槽隔离STI * 场区寄生MOS晶体管 防止出现寄生沟道措施: 足够厚的场氧化层 场区注硼 * 4、制作硅栅 硅栅工艺实现了栅 和源、漏区自对准 生长缓冲层 沟道区注入 生长栅氧化层 淀积多晶硅 多晶硅掺杂 光刻和刻蚀形成多晶硅栅 * 5、形成源和漏区 n+区 作为NMOS源、漏区和n阱引出区 硼注入形成PMOS的源漏区和p型衬底接触区 * 6、形成金属互连线 在整个硅片上淀积氧化层 通过光刻在氧化层上开出引线孔 在整个硅片上淀积金属层 光刻形成需要的金属互连线图形 Vout Vdd * n阱CMOS剖面结构 GND VDD * 第二章 集成电路制作工艺 2.1.1 集成电路加工的基本操作 2.1.2 MOS结构和分类 2.2.1 N阱CMOS工艺 2.2.2 深亚微米CMOS工艺 2.3.1 CMOS IC中的寄生效应 2.3.2 CMOS版图设计规则 2.3.3 SOI工艺 * §2.2.2 深亚微米CMOS结构和工艺 * 深亚微米CMOS工艺的主要改进 浅沟槽隔离 双阱工艺 非均匀沟道掺杂 n+/p+两种硅栅 极