CMOS工藝與器件經(jīng)典實(shí)用

1、cmos工藝與器件cmos工藝與器件cmos工藝與器件cmos工藝與器件 cmos工藝與器件p）cmos工藝與器件n-type mos transistor (nmos管管) 物理結(jié)構(gòu)示意圖物理結(jié)構(gòu)示意圖cmos工藝與器件n+n+p-襯底d+s-gbvgs+-耗盡區(qū)n-溝道nmos管的結(jié)構(gòu)剖面示意圖管的結(jié)構(gòu)剖面示意圖襯底摻雜成為p型半導(dǎo)體，n+表示重度摻雜成為n型半導(dǎo)體（稱擴(kuò)散區(qū)）。在柵與襯底之間電場作用下，柵下面的襯底表面多數(shù)載流子空穴受排斥而減少，當(dāng)空穴基本被趕走時(shí)，在襯底表面形成耗盡層。當(dāng)電場進(jìn)一步增強(qiáng)時(shí)，不僅空穴被趕走，電子也被吸引到襯底表面，從而使p型半導(dǎo)體的表面層型半導(dǎo)體的表面層變

2、成電子占多數(shù)的n型型層（反型層）層（反型層），使得源、漏、反型層形成一體的n型區(qū)。而反型層也就是“溝溝道道”。襯底摻雜成為n型半導(dǎo)體cmos工藝與器件sourcedraingateconductorinsulatorp - dopedsemiconductor substratenndraingateconductorinsulatorn - dopedsemiconductor substrateppsourcedrainsourcegatesubstratedrainsourcegatesubstratenmospmossymbolsymbolcmos工藝與器件metalpolysilic

3、onoxiden-diffusionp-diffusionp-substraten-substratedepletion source gate drainpnmos source gate drainnpmoscmos工藝與器件aout+cmos工藝與器件vddpullupnetworkpulldownnetworkvssoutinputsaout+cmos工藝與器件cmos工藝與器件cmos工藝與器件p-welln-wellsubstratecmos工藝與器件p-welln-wellpolypolygate oxidecmos工藝與器件p-welln-wellpolypolyn+n+p+p

4、+cmos工藝與器件p-welln-wellpolypolyn+n+p+p+metal 1metal 1viascmos工藝與器件cmos工藝與器件wlwlcmos工藝與器件光源(uv,duv,euv)孔徑（圓形，環(huán)形，四極形）聚光透鏡掩模（二相，移相）孔徑投影透鏡硅片上附光刻膠cmos工藝與器件n-well掩膜版：為n阱掩膜，用以限定n阱區(qū)面積和位置制造步驟：用該版制造 n阱 注：n阱用于制作pmos管（而nmos管在原基片襯底上制作）n-welln-well maskp-substraten-welln+離子離子mask俯視圖mask剖面圖cmos工藝與器件active掩膜版：為薄氧化層區(qū)

5、掩膜，用以確定薄氧化層區(qū)的面積和位置。該區(qū)域覆蓋了所有該區(qū)域覆蓋了所有pmos和和nmos管的源、漏和柵的制管的源、漏和柵的制作區(qū)域作區(qū)域，故該版又稱為有源區(qū)版（active版）制造步驟：用該版完成薄氧化層（柵氧化層）的生長p-substraten-wellactivenitride: si3n4oxide: sio2active maskmask俯視圖mask剖面圖cmos工藝與器件active mask（負(fù)膠）activep-substraten-well制造步驟：用active掩膜版（負(fù)膠），完成場氧層生長mask俯視圖mask剖面圖cmos工藝與器件poly掩膜版：多晶圖形掩膜，用于制

6、作多晶硅柵極以及形成電路結(jié)構(gòu)的多晶硅連線和電阻制造步驟：在已經(jīng)生長完成的柵氧化層上完成所需多晶硅圖形p-substraten-wellpolysiliconpoly maskmask俯視圖mask剖面圖cmos工藝與器件n+掩膜版： n+摻雜區(qū)掩膜制造步驟：進(jìn)行n+離子（磷或砷）注入摻雜和擴(kuò)散推進(jìn)，形成n擴(kuò)散區(qū)（diffusion）。這里實(shí)際上是用有源區(qū)（active）作為摻雜離子注入的掩膜，由于此時(shí)是在多晶硅柵完成后，離子被多晶硅柵阻擋，不會(huì)進(jìn)入柵下的硅表面，因此形成nmos的源、漏區(qū)，而且其邊緣與硅柵邊緣對齊（ 可能有一定的overlap），硅柵起到了自對準(zhǔn)的作用，稱硅柵自對準(zhǔn)硅柵自對準(zhǔn)n

7、+n+p-substraten-welln+ maskn+ maskn+離子離子cmos工藝與器件p+掩膜版：p+摻雜區(qū)掩膜制造步驟：進(jìn)行p+離子（硼）注入摻雜和擴(kuò)散推進(jìn)， 形成p擴(kuò)散區(qū)（diffusion）同樣，這里實(shí)際上也是用有源區(qū)（active）作為摻雜離子注入的掩膜，通過硅柵自對準(zhǔn)硅柵自對準(zhǔn)，形成pmos的漏、源n+n+p-substraten-wellp+p+p+ maskp+ maskp+離子離子cmos工藝與器件contact掩膜版：接觸孔掩膜。用以確定歐姆接觸的大小和位置，即對薄氧化層區(qū)刻出實(shí)現(xiàn)歐姆接觸的引線孔 制造步驟：先用該版從p管引出的p+區(qū)接觸孔、從n管引出的n+區(qū)接觸

8、孔，再生長一層sio2氧化膜，然后再用該版對這層新生長的氧化膜刻出實(shí)現(xiàn)歐姆接觸的引線孔 n+n+p-substraten-wellp+p+ contact maskcontact maskcmos工藝與器件metal1掩膜版：金屬圖形（接觸孔和連線）掩膜，用以確定第一層金屬需引出的接觸孔和同層金屬布線互連的位置和形狀制造步驟：在上一版的接觸孔光刻之后，硅片表面用cvd法沉積一層金屬膜，用該版刻下所需要的金屬膜，實(shí)現(xiàn)第一層金屬的接觸孔引出和同層金屬布線互連 n+n+p-substraten-wellp+p+metal maskmetal maskcmos工藝與器件到上一步為止，已完成了1層金屬（

9、連線），算上那層多晶（連線），我們稱之為1p1m。但由于電路的復(fù)雜性，僅靠這兩層連線的不夠的，所以有了1p2m、1p3m1p6m、1p8m等工藝。因此，接下來制造步驟就是以下兩層掩膜版/兩步驟的重復(fù)：via12掩膜版：第一層金屬和第二層金屬的連接孔掩膜。用以確定其大小和位置，刻出兩層金屬連接點(diǎn)的連接孔制造步驟：先生長一層sio2氧化膜，再用該版對這層新生長的氧化膜刻出兩層金屬連接點(diǎn)的連接孔metal2掩膜版：第二層金屬圖形（連接孔和連線）掩膜，用以第二層金屬需引出的連接孔和同層金屬布線互連的位置和形狀制造步驟：在硅片表面用cvd法沉積一層金屬膜，用該版刻下所需要的金屬膜，實(shí)現(xiàn)金屬層歐姆引出和互

10、連via23/metal3 cmos工藝與器件p-阱柵n+n+金屬1金屬2viacontact上一頁的圖示cmos工藝與器件passivation掩模版：鈍化層光刻掩膜。它是最后一步，確定應(yīng)暴露的壓焊區(qū)壓焊區(qū)或內(nèi)設(shè)測試點(diǎn)接觸區(qū)內(nèi)設(shè)測試點(diǎn)接觸區(qū)的位置和大小完成金屬互連之后，為免受以后雜質(zhì)侵入和損傷，要進(jìn)行芯片表面鈍化，沉積一層鈍化膜（如si3n4或磷硅玻璃、聚烯亞胺等）覆蓋整個(gè)表面，但壓焊區(qū)及內(nèi)設(shè)測試點(diǎn)需要刻去鈍化層備用。 cmos工藝與器件n-well processvddout(a )(b)inoutvddvssp+p+n+n-wellp-substrate(c)p+n+n+p-substr

11、aten-wellp+(d)contact cutpolysilliconmetalgate oxide field oxiden+p+p+n+n+n-wellp-substratep+n+vddcontactvsscontactvddvss(a)outvddvssin(b)n-well process with substrate contactpmos襯底接電源、nmos襯底接地cmos工藝與器件twin - well processn+ n+ n+ p+p+p+p-transistorn-transistorn-wellp-wellepitaxial layervdd contactvs

12、s contactn+ substrate(b)(a) vdd vssinoutcmos工藝與器件cmos工藝與器件cmos工藝與器件柵襯底sio2xoxvg+-cmos工藝與器件柵漏源電流idvds vt柵漏源電流id柵漏源idn+n+p-襯底d+s-gbvgs+-耗盡區(qū)n-溝道dgsvds = vgs vt 即vgd =vgs - vds = vtvds vgs vt 即vgd =vgs - vds vgs - vt0.01.02.03.04.05.0vds (v)12id (ma)線性區(qū)飽和區(qū)vgs = 5vvgs = 3vvgs = 4vvgs = 2vvgs = 1v vds = v

13、gs-vt平方關(guān)系夾斷夾斷飽和區(qū)飽和區(qū)cmos工藝與器件tttvvv0cmos工藝與器件bstvvn+n+p-襯底d+s-gbvgs+-耗盡區(qū)n-溝道cmos工藝與器件cmos工藝與器件cmos工藝與器件柵襯底sio2xoxvg+-cmos工藝與器件cmos工藝與器件n+depletion regionsubstrate (p)bottomwallcapacitancesidewallcapacitancescmos工藝與器件cmos工藝與器件cmos工藝與器件cmos工藝與器件cmos工藝與器件cmos工藝與器件p-阱柵柵n+n+金屬1金屬3金屬2過孔viacontactcmos工藝與器件cmos工藝與器件平板邊緣cmos工藝與器件金屬2金屬1金屬1cmos工藝與器件cmos工藝與器件金屬cmos工藝與器件低頻高頻低頻高頻cmos工藝與器件dcmos工藝與器件cmos工藝與器件p+p+ vddn+n+vss nwellvssvddyainv：剖面圖和版圖(俯視圖)對照nmospmosaout+cmos