CMOS工藝是在PMOS和NMOS工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。CMOS中的C表示“互補(bǔ)”,即將NMOS器件和PMOS器件同時制作在同一硅襯底上,制作CMOS集成電路。CMOS集成電路具有功耗低、速度快、抗干擾能力強(qiáng)、集成度高等眾多優(yōu)點。
CMOS電路中既包含NMOS晶體管也包含PMOS晶體管,NMOS晶體管是做在P型硅襯底上的,而PMOS晶體管是做在N型硅襯底上的,要將兩種晶體管都做在同一個硅襯底上,就需要在硅襯底上制作一塊反型區(qū)域,該區(qū)域被稱為“阱”。根據(jù)阱的不同,CMOS工藝分為P阱CMOS工藝、N阱CMOS工藝以及雙阱CMOS工藝。其中N阱CMOS工藝由于工藝簡單、電路性能較P阱CMOS工藝更優(yōu),從而獲得廣泛的應(yīng)用。
cmos工藝流程
a、隔離氧化層(清洗硅片,對硅片表面進(jìn)行氧化形成墊氧化層)
注:幾nm厚度,作為隔離層保護(hù)有源區(qū)在去掉氮化物過程中免受化學(xué)污染,同時起到緩和硅襯底與SiN層之間應(yīng)力的作用。
b、沉積SiN(數(shù)百nm厚度,采用LPCVD,即低壓化學(xué)氣相沉積法沉積,使用NH3與SiCl2反應(yīng),生成SiN)
注:SiN是一種堅固的掩膜材料,用于進(jìn)行STI工藝時保護(hù)有源區(qū),同時其可充當(dāng)CMP的拋光阻擋材料。
c、涂膠,曝光,顯影,刻蝕掉沒有光刻膠保護(hù)的區(qū)域,從而在STI區(qū)域形成淺溝槽
d、用CVD法沉積SiO2膜(SiO2用來阻止氧分子往有源區(qū)擴(kuò)散)
使用間隙填充(Gap-Fill)技術(shù)來沉積STI的氧化層,需同時進(jìn)行成膜與刻蝕工藝。
在膜生長同時進(jìn)行濺射刻蝕→轉(zhuǎn)角處的刻蝕速率比平坦部分高,轉(zhuǎn)角處被刻蝕掉→可以避免在間隙入口處產(chǎn)生夾斷,導(dǎo)致間隙填充中的孔洞→完成薄膜沉積
e、使用CMP對SiO2進(jìn)行拋光(堅固的SiN充當(dāng)拋光阻擋層,阻止隔離結(jié)構(gòu)的過度拋光)
f、去除氮化物(熱磷酸槽去除氮化物)
阱(Well)
① 雙阱
n型雜質(zhì)的深擴(kuò)散區(qū)(多數(shù)載流子為電子);p型雜質(zhì)的深擴(kuò)散區(qū)(多數(shù)載流子為空穴)
② 工藝流程
a、在硅晶圓上用熱氧化工藝形成犧牲氧化層(作用是在離子注入形成阱時調(diào)整離子注入深度)
b、在P/N阱區(qū)域上方涂光刻膠并用光刻工藝進(jìn)行曝光,顯影,并用離子注入工藝注入n/p雜質(zhì),灰化去除不需要的光刻膠
c、除去犧牲氧化膜,將n型和p型阱區(qū)退火激活,形成雙阱
柵極
① 柵極:先進(jìn)的數(shù)字電路需要高速和低壓工作,需實現(xiàn)柵極長度的小型化(通過微細(xì)化工藝減小柵極長度)
② 自對準(zhǔn)工藝:柵極形成是在源漏極形成之前完成,利用自對準(zhǔn)工藝形成源漏極,可省略一道光刻工序,從而降低成本
③ 工藝流程
a、在雙阱上形成柵氧化層,作為柵極材料的多晶硅層、金屬硅化物的多層膜(減壓CVD法)
b、用光刻工藝對柵電極進(jìn)行阻擋涂改
c、對多晶硅膜進(jìn)行干法刻蝕,用去膠工藝去除不需要的光刻膠
d、用等離子CVD法形成SiO2層,自對準(zhǔn)的在柵電極兩側(cè)形成LDD膜
[緩和晶體管中微細(xì)尺寸的柵電極附近的電場]
源極/漏極
① 源極與漏極
MOS管通過施加到柵極的電壓執(zhí)行開關(guān)操作,以打開和關(guān)閉源極與漏極之間的電流。
② 工藝流程
a、通過光刻工藝在n阱區(qū)域上覆蓋光刻膠,并將n型雜質(zhì)離子注入p型區(qū)域
b、使用高電流型的離子注入設(shè)備向源漏極注入高濃度的雜質(zhì)
c、灰化去除不需的光刻膠
d、n阱區(qū)域同理
e、退火激活形成n型和p型晶體管的源漏極區(qū)域
電極形成(鎢塞W-Plug形成)
工藝流程
a、用等離子CVD法形成刻蝕停止層和隔離層(隔離層是金屬布線層形成之前的絕緣層,稱為PMD[Pre Metal Dielectrics])
b、用CMP工藝使得隔離層平坦化(受柵電極的影響,上部的形狀會產(chǎn)生凸起)
c、用光刻法形成接觸孔的圖形(微細(xì)尺寸的源漏極和接觸必須連接上,且要采取最小的布線間距)
d、用光刻膠作為掩膜來刻蝕隔離層,穿透形成接觸孔
e、灰化去除不需要的光刻膠
f、在接觸孔內(nèi)形成TiN/Ti等黏附層和覆蓋W層
注:黏附層將隔離層和W膜更好地黏接到一起,用濺射工藝生成;覆蓋式W膜用CVD法形成
g、用CMP工藝去除PMD上多余的W層和黏附層,實現(xiàn)W塞
后端工藝
1、Why使用多層布線
在先進(jìn)的邏輯IC中,把已經(jīng)驗證完成的IP進(jìn)行整合,進(jìn)而完成數(shù)字IC的設(shè)計。新的電路的驗證需要花費大量的時間,通常是把各種各樣的電路模塊通過布線連接到一起來實現(xiàn)該LSI。
2、多層布線示意圖
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