崛起的CMOS工艺制程技术.pptx

崛起的CMOS工艺制程技术;典型工艺技术：

双极型工艺技术

PMOS工艺技术

NMOS工艺技术

CMOS工艺技术;双极型工艺技术;PMOS工艺技术;铝栅套刻不齐问题;NMOS工艺技术;多晶硅栅工艺技术;CMOS工艺技术;SOSCMOS集成电路和硅CMOS集成电路;特殊工艺技术：

BiCOMS工艺技术

BCD工艺技术

HV-CMOS工艺技术

;双极型集成电路功耗大和集成度低，早期的CMOS工艺集成电路速度低、驱动能力差，它们都无法满足VLSI系统集成多方面的发展需要。

BiCMOS（双极-互补金属氧化物半导体）工艺技术的特点：

将双极型器件和CMOS器件同时制造在同一芯片上；

综合双极型器件的高跨导、强驱动能力和CMOS器件的低功耗、高集成度的优点。

BiCMOS工艺集成电路的基本设计思想：

芯片内部核心逻辑部分采用CMOS器件为主要单元门电路；

而输出缓冲电路和驱动部分电路要求驱动大电容负载，所以输出缓冲电路和驱动部分电路使用双极型器件。

BiCMOS工艺技术主要用于RF电路、LED控制驱动和IGBT控制驱动等芯片。;1986年，意法半导体(ST)公司率先研制成功BCD工艺制程技术。

BCD（BipolarCMOSDMOS）工艺技术的特点：

把BJT，CMOS和DMOS器件同时制作在同一芯片上；

BCD工艺制程技术除了综合了双极器件的高跨导和强负载驱动能力，以及CMOS的高集成度和低功耗的优点，更为重要的是它还综合了高压DMOS器件的高压大电流驱动能力的特性，使DMOS可以在开关模式下工作，功耗极低。

DMOS器件主要有两种类型：

一种是垂直双扩散金属氧化物半导体场效应管VDMOS(VerticalDoubleDiffusedMOSFET)；

另一种是横向双扩散金属氧化物半导体场效应管LDMOS(LateralDoubleDiffusedMOSFET)。

BCD工艺技术主要用于电子照明，智能功率等芯片。;HV-CMOS工艺技术的特点：

把CMOS和DDDMOS（DoubleDiffusedDrainMOS）/FDMOS(FieldOxideDriftMOS)制造在同一个芯片上；

是传统CMOS工艺制程技术向高压的延伸，可以支持高压信号输出；

成本比BCD工艺低。

HV-CMOS工艺集成电路的基本设计思想：

芯片内部核心逻辑部分采用CMOS器件为主要单元门电路；

而输出缓冲电路和驱动部分电路要求驱动高压信号，所以输出缓冲电路和驱动部分电路使用高压器件。

HV-CMOS工艺集成电路主要应用在LCD和LED屏幕驱动芯片。;MOS晶体管的发展和面临的挑战;铝栅的特点：

金属导体材料铝电阻率低；

不能耐高温；

存在套刻不齐问题会影响集成度。

1968年，半导体业界利用多晶硅栅代替铝栅。

多晶硅栅具有三方面的优点：

第一个优点是多晶硅不但与硅工艺兼容，而且多晶硅可以耐高温退火；

第二个优点是多晶硅栅可以实现源漏有源区自对准；

第三个优点是可以通过掺杂来改变多晶硅栅功函数，从而能很好地解决了CMOS技术中的

NMOS和PMOS阈值电压的调节问题。;随着MOS器件的特征尺寸缩小到亚微米阶段：

多晶硅栅的缺点：电阻率高，严重影响了MOS器件的高频特性。（厚度3K?的多晶硅的方块电阻高达

36ohm/sq。）

金属硅化物（polycide）：

是多晶硅和金属硅化物（polycide）的双层材料，电阻率低。（Polycide的方块电阻只有

3ohm/sq。）

在亚微米阶段，利用它代替多晶硅栅，降低栅极的电阻。

HCI和LDD结构：随着MOS器件的特征尺寸不断缩小==》沟道横向电场强度不断增强==》载流子发生碰撞电离现象==》形成热载流子注入效应==》利用LDD（LightlyDopedDrain-LDD）结构改善漏端耗尽区的峰值电场==》改善热载流子注入效应。;MOS器件的特征尺寸缩小到深亚微米（0.25um≥L）：

源漏有源区结深和金接触孔的尺寸不断缩小==》接触电阻升高了（200ohm以上）==》利用金属硅化物（silicide）降低有源区的电阻和接触电阻。

自对准金属硅化物Salicide（SelfAlignedSilicide）：金属材料（Ti、Co和Ni等）只会与硅和多晶硅发生反应形成金属硅化物，而不会与氧化物发生反应。

DIBL和沟道离子注入：

源漏之间的耗尽区相互靠近==》导致势垒高度降低==》形成亚阈值漏电流。

利用沟道离子注入和晕环（Halo）/口袋（Pocket）离子注入==》增加沟道区域和衬底的离子浓度==》减小源漏与衬底之间的耗尽区宽度==》改善亚阈值区的漏电流。;MOS器件的特征尺寸不断