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1、 0微电子技术综合实践微电子技术综合实践 设计报告设计报告题目： n 阱 CMOS 芯片的设计 院系： 自动化与信息工程学院 专业班级： 微电 122 学生学号： 学生姓名： 指导教师姓名： 职称： 起止时间： 2015.*-* 成绩： 1目目 录录1 设计指标要求.2 1.任务.2 2.特性指标要求.2 3.结构参数参考值.2 4 设计内容.2 2 MOS 器件特性分析. .31.NMOS 的参数设计与计算 .32.PMOS 的参数设计与计算. .4 3 工艺流程分析. .51.工艺流程框图.52 具体工艺流程分析.5 4 掺杂工艺参数计算.141.形成 N 阱的工艺参数计算.142.NMO
2、S 源漏区掺杂的工艺方法和工艺条件.153.PMOS 源漏区掺杂的工艺方法和工艺条件.164.氧化层厚度的计算及验证.175.生长多晶硅栅膜.186.生长垫氧化层.197.生长场氧.198.生长栅氧化层.199.氮化硅.1910.磷硅玻璃.20 五 工艺实施方案.20 六 总结.24 七 参考文献.25 附：光刻掩膜版图纸21设计指标要求设计指标要求1.任务：n 阱 CMOS 芯片制作工艺设计2.特性指标要求：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 VDsat3V，漏源击穿电压 BVDS=35V, 栅源击穿电压 BVGS20V,
3、 跨导 gm2mS, 截止频率 fmax3GHz（迁移率 n取600cm2/Vs）p 沟多晶硅栅 MOSFET：阈值电压 VTp= -1V, 漏极饱和电流 IDsat1mA, 漏源饱和电压 VDsat3V，漏源击穿电压 BVDS=35V, 栅源击穿电压 BVGS20V, 跨导 gm0.5mS, 截止频率 fmax1GHz（迁移率 p取 220cm2/Vs） 3. 结构参数参考值：p 型硅衬底的电阻率为 50 cm； n 阱 CMOS 芯片的 n 阱掺杂后的方块电阻为 690/，结深为 56m；pMOS 管的源、漏区掺杂后的表面浓度 11020cm-3，结深为0.30.5m；nMOS 管的源、漏
4、区掺杂后的表面浓度 11020cm-3，结深为0.30.5m；场氧化层厚度为 1m；垫氧化层厚度约为 600 ；栅氧化层厚度为 400 ；氮化硅膜厚约为 1000 ；多晶硅栅厚度为 4000 5000 。4设计内容 （1）MOS 管的器件特性参数设计计算；（2）n 阱 CMOS 芯片制作的工艺实施方案（包括所设计的结构参数、制作工3艺流程、方法、条件及预期的结果） ；（3）薄膜加工工艺参数计算：分析、设计实现场氧化、栅氧化、多晶硅栅层或掩蔽氧化膜等的工艺方法和工艺条件（要求给出具体温度、时间或流量、速度等） ，并进行结深或掩蔽有效性的验证。2N N 阱阱 CMOSCMOS 管的器件特性设计管的
5、器件特性设计 1 1、 NMOSNMOS 管参数设计与计算：管参数设计与计算：由栅源击穿电压 BVGS，击穿电场强度 EB和栅极厚度 tox三者关系得：oxBGStEBV得 ,并且由电容关系式子可得334106206cmVBGS oxEBVtoxoxoxtC则271003.1cmFCox由截止频率 fmax，与电子迁移率 un，沟道长度 L 的计算关系公式：GHzLVVfTGSn32)(2max得。再由漏极饱和电流 IDsat与宽长比，以及电容的关系：mL09.3，mAVVLCWITGSOX DSAT1)(22n可得。60.3LW又由跨导的计算公式：4，msVVLCW VIgTGSOXnGSD
6、 m2)(可得。79.10LW综上所述可得。79.10LW漏源击穿电压与禁带宽度 Eg和掺杂浓度 NB的经验计算公式：43162/3)10()1.1g(60BBDSNEV得出掺杂浓度15 B1070. 4N阈值电压与反型层，栅氧化层电荷量，费米势，功函数差pfmsmsf oxox SSSDtQQVp(max)TN2)|(|有，TASDxeNQd(max)21p d)4(Afs TeNx)ln(A p ifnN eKTVms1 . 1，发现当时符合要求,16 A104N316 A104cmNVV5 . 0TN又2A 2LqNBVsDS得。mL06.1综上所得故取, ,um2L 12LWumW24
7、2 2、PMOSPMOS 管参数设计与计算：管参数设计与计算： 由栅源击穿电压 BVGS，击穿电场强度 EB和栅极厚度 tox三者关系,oxBGStEBV其中，6， 所以，并BE610cmVVBVGS20334106206cmVBGS oxEBVt5且由电容关系式子可得71003.1 oxoxoxtC由截止频率 fmax，与电子迁移率 un，沟道长度 L 的计算关系公式：GHzLVVfTGS12)(2p max，再由漏极饱和电流 IDsat与宽长比，以及电容的关系：mL24.32()()2pox DGSTWCIsatVVLIDsat1mA 故可得宽长比：。81.9LW又由跨导的计算公式：msV
8、VLCWVIgTGSOXGSD m5.0)(p可得宽长比：3551.7LW综上所述可得81.9LW漏源击穿电压与禁带宽度 Eg和掺杂浓度 NB的经验计算公式：43162/3)10()1.1g(60BBDSNEV得出掺杂浓度15 B1070. 4N阈值电压与反型层，栅氧化层电荷量，费米势，功函数差n fmsmsf oxox SDTtQVnss(max)2-Q|-）（6取 PMOS 衬底浓度为查出功函数差与掺杂浓度的关系可知：315107.4cm， ，Vms1.1)ln(DifnnN eKT28106 . 1cmcqQQSSSSTDSDxdeNQ(max)21n)4(Dfs TeNxd取发现当时；符合要求又AN36105.5cmNAVVTN1-2 2LqNBVsA DS可知 mqNBVLADSs91.02因为，为了保持电流连续性，一般取 PMOS 的宽长比为 NMOS 的 2 倍故取pnuu7.2, ,um2L 24LWumW483工艺流程分析工艺流程分析-
