《P阱CMOS芯片制作工艺设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《P阱CMOS芯片制作工艺设计.doc（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、姓名：张永庆 学号：201215612微电子技术综合实践 P阱CMOS芯片制作工艺设计微电子技术综合实践设计报告题目： P阱CMOS芯片制作工艺设计院系： 自动化学院电子工程系专业班级：学生学号：学生姓名：指导教师姓名： 职称：起止时间： 6月27日7月8日成绩：目 录一、设计要求 31、设计任务 32、特性指标要求 33、结构参数参考值 34、设计内容 3二、MOS管的器件特性设计 31、NMOS管参数设计与计算 32、PMOS管参数设计与计算 4三、工艺流程设计 51、衬底制备 52、初始氧化 63、阱区光刻 64、P阱注入 65、剥离阱区的氧化层 66、热生长二氧化硅缓冲层 67、LPC
2、VD制备Si3N4介质 68、有源区光刻：即第二次光刻 79、N沟MOS管场区光刻 710、N沟MOS管场区P+注入 711、局部氧化 812、剥离Si3N4层及SiO2缓冲层 813、热氧化生长栅氧化层 814、P沟MOS管沟道区光刻 815、P沟MOS管沟道区注入 816、生长多晶硅 817、刻蚀多晶硅栅 818、涂覆光刻胶 919、刻蚀P沟MOS管区域的胶膜 9 120、注入参杂P沟MOS管区域 921、涂覆光刻胶 922、刻蚀N沟MOS管区域的胶膜 923、注入参杂N沟MOS管区域 924、生长PSG 925、引线孔光刻 1026、真空蒸铝 1027、铝电极反刻 10 四、P阱光刻版
3、1.氧化生长 2.曝光 3.氧化层刻蚀 4.P阱注入 5.形成P阱 6.氮化硅的刻蚀 7.场氧的生长 8.去除氮化硅 9.栅氧的生长 10.生长多晶硅 11.刻蚀多晶硅 12.N离子注入 13.P+离子注入 14.生长磷化硅玻璃PSG 15.光刻接触孔 16.刻铝 17.钝化保护层淀积 五、工艺实施方案 六、心得体会 七、参考资料 一设计要求：1、设计任务：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BVGS25V, 跨导gm2mS, 截
4、止频率fmax3GHz（迁移率n=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BVGS25V, 跨导gm0.5mS, 截止频率fmax1GHz（迁移率p=220cm2/Vs）3、结构参数参考值：N型硅衬底的电阻率为20Wcm；垫氧化层厚度约为600 ；氮化硅膜厚约为1000 ；P阱掺杂后的方块电阻为3300W/，结深为56mm；NMOS管的源、漏区磷掺杂后的方块电阻为25W/，结深为1.01.2mm；PMOS管的源、漏区硼掺杂后的方块电阻为25W/，结深为1.0
5、1.2mm；场氧化层厚度为1mm；栅氧化层厚度为500 ；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、确定p阱CMOS芯片的工艺流程，画出每步对应的剖面图；3、分析光刻工艺，画出整套光刻版示意图；4、 给出n阱CMOS芯片制作的工艺实施方案（包括工艺流程、方法、条件、结果）二MOS管的器件特性设计1、NMOS管参数设计与计算：由BVGS=EBtox得tox=fmax=BVGS25eox则C8.310-8F ,=417C=2 oxox6VcmEB610oxmn(VGS-VT)1GHz得L3.23mm 22pLWmpCOX2L(VGS-VT)2mA，式中
6、（VGS-VT）VDS(sat)，得W12.2 L再由IDSAT=又gm=3 IDWmnCOXW=(VGS-VT)0.5ms，得9.1 VGSLL4 W12.2 L阈值电压VTP=(-|QSD(max)|-QSS)toxeox-2ffn+fmsQSD(max)=eNAxdT xdT=(4esffneNA) ffn=KTND) fms=1.1V eniqND2L得L0.7mm 2es取ND发现当ND=11017cm-3时VTP=-1.05V符合要求,又BVDS=2、PMOS管参数设计与计算：因为BVGS=EBtox,其中，EB=6106tox=BVGS25=41 7EB6106VWmpC2Lox
7、V，BVGS25V 所以)饱和电流：ID(sat=V(G-SV2T)式中（VGS-VT）VDS(sat)，Cox=Weoxox=8.2210-8 IDsat1mA 故可得宽长比： 4.51 由gm=IDWmnCOX=(VGS-VT)2ms可得宽长比： VGSLW13.51 LW13.51 Lm(V-V)fmax=nGS2T3GHz L3.1mm 2pLVTN=|QSD(max)-QSS|toxeox+2ffp+fms取nmos衬底浓度为1.41016cm-3查出功函数差与掺杂浓度的关系可知：fms=-1.12V 45 ffp=KTNA) QSS=qQSS=1.610-82 cmeniQSD(m
8、ax)=eNDxdT xdT=(4esffpeND)qNA2L可知2es取NA发现当NA=2.8106cm-3时；VTN=0.045V符合要求又QBVDS=W2esBVDS=1.23mm 故取L=2mm =14 LqNAL三 .工艺流程分析1、衬底制备。由于NMOS管是直接在衬底上形成，所以为防止表面反型，掺杂浓度一般高于阈值电压所要求的浓度值，其后还要通过硼离子注入来调节。CMOS器件对界面电荷特别敏感，衬底与二氧化硅的界面态应尽可能低，因此选择晶向为的P型硅做衬底，电阻率约为20CM。2、初始氧化。为阱区的选择性刻蚀和随后的阱区深度注入做工艺准备。阱区掩蔽氧化介质层的厚度取决于注入和退火的
9、掩蔽需要。这是P阱硅栅CMOS集成电路的制造工艺流程序列的第一次氧化。3、阱区光刻。是该款P阱硅栅CMOS集成电路制造工艺流程序列的第一次光刻。若采用典型的常规湿法光刻工艺，应该包括：涂胶，前烘，压板，曝光，显影，定影，坚膜，腐蚀。去胶等诸工序。阱区光刻的工艺要求是刻出P阱区注入参杂，完成P型阱区注入的窗口4、P阱注入。是该P阱硅栅COMS集成电路制造工艺流程序列中的第一次注入参杂。P阱注入工艺环节的工艺要求是形成P阱区。5、剥离阱区氧化层。6、热生长二氧化硅缓冲层：消除Si-Si3N4界面间的应力，第二次氧化。7、LPCVD制备Si3N4介质。综合5.6.7三个步骤如下图 6薄氧8、有源区光
10、刻：即第二次光刻Si3N49、N沟MOS管场区光刻。即第三次光刻，以光刻胶作为掩蔽层，刻蚀出N沟MOS管的场区注入窗口。10、N沟MOS管场区P+注入：第二次注入。N沟MOS管场区P+的注入首要目的是增强阱区上沿位置处的隔离效果。 同时，场区注入还具有以下附加作用：A 场区的重掺杂注入客观上阻断了场区寄生mos管的工作B 重掺杂场区是横向寄生期间失效而一直了闩锁效应：C 场区重掺杂将是局部的阱区电极接触表面的金半接触特性有所改善。综合9，10两个步骤如图11、局部氧化：第三次氧化，生长场区氧化层。12、剥离Si3N4层及SiO2缓冲层。综合11，,12两个步骤如图13、热氧化生长栅氧化层：第四
11、次氧化。14、P沟MOS管沟道区光刻：第四次光刻-以光刻胶做掩蔽层。15、P沟MOS管沟道区注入：第四次注入，该过程要求调解P沟MOS管的开启电压。 综合13,14,15三个步骤如图16、生长多晶硅。17、刻蚀多晶硅栅：第五次光刻，形成N沟MOS管和P沟MOS管的多晶硅栅欧姆接触层及电路中所需要的多晶硅电阻区。综合16,17两个步骤如图多晶硅18、涂覆光刻胶。19、刻蚀P沟MOS管区域的胶膜：第六次光刻20、注入参杂P沟MOS管区域：第五次注入，形成CMOS管的源区和漏区。同时，此过程所进行的P+注入也可实现电路所设置的P+保护环。综合18.19.20三个步骤如图21、涂覆光刻胶。22、刻蚀N
12、沟MOS管区域的胶膜：第七次光刻23、注入参杂N沟MOS管区域：第六次注入，形成N沟MOS管的源区和漏区。同时，此过程所进行的N+注入也实现了电路所设置的N+保护环。24、生长磷硅玻璃PSG。综合21.22.23.24四个步骤如图PSG25、引线孔光刻：第八次光刻，如图PSG26、真空蒸铝。27、铝电极反刻：第九次光刻 综合26.27两个步骤如图AlVDD至此典型的P阱硅栅CMOS反相器单元的管芯制造工艺流程就完场了。四P阱光刻板W=14 L=28mm1.5L=3mm LW=13 L=26mm 1.5L=3mm N沟：L=2mm L 计算过程；P沟：L=2mm对于掩模板l=23+2=8mm 实
13、际取值应稍大于所以 故最终l=9mm w=28mm1.氧化生长2.曝光3.氧化层刻蚀 124.P阱注入5.形成P阱 136.氮化硅的刻蚀计算过程；P阱有源区应与P阱相同l1.5L+1.5L+L=4L=8mm取为9mm W=13 故w6 w取28mm L7.场氧的生长8.去除氮化硅 计算过程；l应略大于沟道长度故取为2.5mm 宽应与掩模板宽一致而上方宽度取5mm不影响结果9.栅氧的生长10.生长多晶硅11.刻蚀多晶硅12.N离子注入13.P+离子注入 1714.生长磷化硅玻璃PSG15.光刻接触孔计算过程；接触孔模板 源极长3mm 故接触孔长应小于3mm取2mm，宽取3mm 1816.刻铝17
14、.钝化保护层淀积五工艺实施方案利用氮化硅的掩蔽，在没有氮化硅、经P+离子注入的区域生成一层场区氧化层10 三次光刻 除去P阱中有源区的氮化硅和二氧化硅层11 场氧二 生长场氧化层12 二次离子调整阈值电注入 压 13 栅极氧化场氧一 厚度1000湿氧氧化T=1200oC，95水温。电子束正胶 曝光14 多晶硅淀积15 四次光刻16 三次离子注入 17 五次光刻18 四次离子注入 19 二次扩散 20 淀积磷硅21厚度约为1微湿氧氧米 化 表面浓度 注入P+ 结深方块电阻形成栅极氧厚度500 干氧 化层淀积多晶硅厚度4000 LPCVD 层形成PMOS 电子束多晶硅栅，曝光 并刻出PMOS有源区的扩散窗口形成PMOS表面浓度 注入B+ 有源区 结深方块电阻形成NMOS 电子束多晶硅栅，曝光 并刻出NMOS有源区的扩散窗口形成NMOS峰值浓度 注入P+ 有源区 结深方块电阻达到所需结结深 热驱入 深 表面浓度 保护 LPCVDT=1200oCt=6.2minT=600 t=10min 正胶正胶950 t=12minT=600oC玻璃21 六次光刻 刻金属化的接触孔22 蒸铝 淀积Al-Si、 合金，并形
