微电子工艺原理与技术 第16章 CMOS工艺集成.ppt

简单CMOS反相器工艺（P阱） P-Well Mask 场区Mask 多晶硅（栅区） Mask P+ Select Mask N+ Select Mask 接触孔（Contact） Mask 金属1（Metal） Mask 现代CMOS工艺简介 现代CMOS工艺简介 现代CMOS工艺简介 现代CMOS工艺简介 现代CMOS工艺(双阱、STI) 理论上，发生闩锁效应必须满足纵向和横向寄生晶体管的增益的乘积大于1。即： 而晶体管的增益由下式给出： 所以避免闩锁效应的有效方法是：1. 增加基区宽度（即P-N MOS 管的间距和阱深）；2. 增加基区掺杂，使两个晶体管的增益都小于1；3. 使用可以吸收注入电荷的保护环；4. 采用深槽隔离；5. 最可靠的是采用SOI材料作衬底，可以消除所有寄生元件的产生。 避免闩锁效应的方法 六、典型CMOS工艺演示 简化N阱CMOS工艺演示 2. 先进双阱CMOS 工艺演示 p + p-epi 基底材料: p+ 衬底加p-外延层 p + 等离子刻蚀绝缘浅槽（使用有源区的反版） p + p-epi SiO 2 3 Si N 4 淀积栅氧化层和氮化硅缓冲层 SiO 2 隔离槽回填，CMP抛光平坦化，并去掉氮化硅 制作N阱并进行Vtp阈值调整注入 n 制作P阱并进行Vtn阈值调制注入 p 淀积刻蚀多晶硅 poly(silicon) n+的源漏注入和p+的源漏注入，这个过程同时也对多晶硅进行了注入。 p + n + 淀积SiO2绝缘层并刻蚀接触孔 SiO 2 * * 微电子工艺原理与技术 ( 09研究生 ） 李 金 华 第十六章 CMOS技术 北极 主要内容 1.基本长沟道器件特性； 2.基本6微米Al栅工艺； 3.基本3微米Si栅工艺； 4.器件等比例缩小原则； 5.闩锁效应； 6.典型CMOS工艺课件演示。 一.基本长沟道器件特性 MOS管的结构 MOS管有源、漏、栅和衬底四个端子。通常把源和衬底连 接，并接地。 PMOS管的衬底为轻掺杂N 型Si，源、漏为重掺杂P型 型硅。NMOS管衬底为轻掺 杂P型Si，源、漏为重掺杂 N型型硅。 MOS管的开启电压 定义：MOS管栅下半导体表 面开始强反型时的栅极电压。 此时，表面处反型层的载流 子浓度与体内的载流子浓度相等但型号相反。 开启电压（阈值电压）的高低与栅下半导体中的载流子浓度、栅氧化层的厚度、栅氧化层的固定电荷密度、可动电荷密度、界面态密度等有关。对P型半导体的栅电压可表示为： 开启电压 式中，ks 和kox 分别为硅和SiO2的相对介电常数，tox为栅氧化层厚度；?s 为半导体的表面电势，通常为2倍费米势?f 。对P型和N型半导体，费米势为： P型 N型 式中，Na 和Nd 分别为衬底半导体的受主浓度和施主浓度，ni 为本征载流子浓度。从而PMOS和NMOS 管的开启电压分别为： P管栅下为N型硅 通常Vtp0 N管栅下为P型硅 通常Vtn0 考虑栅氧化层中固定电荷密度Qf，可动电荷密度QMI，界面态密度Qit和单位面积氧化物电容对开启电压的影响，上述开启后应加上附加项： 开启电压 ?MI为与可动氧化物电荷分布有关的常数，其值在0~1间。 可见，为了得到稳定的开启电压，必须降低界面态密度、可动电荷密度；栅氧化层的厚度和衬底掺杂浓度直接影响着开启电压。栅氧化层越厚，开启电压越高；衬底浓度越高，开启电压越高。通常，用调节栅下衬底的浓度来方便地调节开启电压，称为阈值调整注入。栅氧化层的改变会明显影响击穿电压、器件速度等性能，在器件工艺确定后，一般不做调整。 在MOS管施加偏压时,对不同的偏压高低,MOS管可工作在截止区(亚阈值区)、线性区和饱和区。 NMOS管的工作区 截止区 Vgs Vt 线性区 Vgs Vt 0Vds Vgs Vt 饱和区 Vgs Vt Vgs -Vt V ds 二. 基本的 6 微米Al栅工艺 自对准工艺 由于MOS管的沟道长度主要决定了器件性能,栅、源、漏的位置直接关系到沟长。通常在CMOS硅栅工艺中，采用先刻栅、后做源、漏掺杂，用栅区多晶硅等来掩蔽，由栅的位置和尺寸自然决定了源、漏位置，称为自对准工艺。 硅化物Silicide自对准 6 μm Al栅P阱CMOS 工艺 清洗； (100) N-Si 2-4欧姆厘米 2. 预氧化；500nm 3. P 阱光刻； （1） 4. P 阱注入；2E13/cm2 5. P 阱推进；结深7-8μm 6. P+ 区光刻；（2） P+注入； B+ 2E15/cm2 8. N+区光刻；（3） 9. N+区注入； P+ 或As+ 5E15/cm2 10. P+、N+退火和再分布； APCVD 沉积SiO2