P阱CMOS芯片制作工藝設(shè)計復(fù)習(xí)進(jìn)程

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。P阱CMOS芯片制作工藝設(shè)計-微電子技術(shù)綜合實踐P阱CMOS芯片制作工藝設(shè)計微電子技術(shù)綜合實踐設(shè)計報告題目：P阱CMOS芯片制作工藝設(shè)計院系：自動化學(xué)院電子工程系專業(yè)班級：學(xué)生學(xué)號：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師姓名：職稱：起止時間：6月27日7月8日成績：目錄一、設(shè)計要求31、設(shè)計任務(wù)32、特性指標(biāo)要求33、結(jié)構(gòu)參數(shù)參考值34、設(shè)計內(nèi)容3二、MOS管的器件特性設(shè)計31、NMOS管參數(shù)設(shè)計與計算32、PMOS管參數(shù)設(shè)計與計算4三、工藝流程設(shè)計51、襯底制備52、初始氧化63、阱區(qū)光刻64、P阱注入65、剝離阱區(qū)的氧

2、化層66、熱生長二氧化硅緩沖層67、LPCVD制備Si3N4介質(zhì)68、有源區(qū)光刻：即第二次光刻79、N溝MOS管場區(qū)光刻710、N溝MOS管場區(qū)P+注入711、局部氧化812、剝離Si3N4層及SiO2緩沖層813、熱氧化生長柵氧化層814、P溝MOS管溝道區(qū)光刻815、P溝MOS管溝道區(qū)注入816、生長多晶硅817、刻蝕多晶硅柵818、涂覆光刻膠919、刻蝕P溝MOS管區(qū)域的膠膜9120、注入?yún)㈦sP溝MOS管區(qū)域921、涂覆光刻膠922、刻蝕N溝MOS管區(qū)域的膠膜923、注入?yún)㈦sN溝MOS管區(qū)域924、生長PSG925、引線孔光刻1026、真空蒸鋁1027、鋁電極反刻10四、P阱光刻版1.氧

3、化生長2.曝光3.氧化層刻蝕4.P阱注入5.形成P阱6.氮化硅的刻蝕7.場氧的生長8.去除氮化硅9.柵氧的生長10.生長多晶硅11.刻蝕多晶硅12.N離子注入13.P+離子注入14.生長磷化硅玻璃PSG15.光刻接觸孔16.刻鋁17.鈍化保護(hù)層淀積五、工藝實施方案六、心得體會七、參考資料一設(shè)計要求：1、設(shè)計任務(wù)：N阱CMOS芯片制作工藝設(shè)計2、特性指標(biāo)要求n溝多晶硅柵MOSFET：閾值電壓VTn=0.5V,漏極飽和電流IDsat1mA,漏源飽和電壓VDsat3V，漏源擊穿電壓BVDS=35V,柵源擊穿電壓BVGS25V,跨導(dǎo)gm2mS,截止頻率fmax3GHz（遷移率n=600cm2/Vs）p

4、溝多晶硅柵MOSFET：閾值電壓VTp=-1V,漏極飽和電流IDsat1mA,漏源飽和電壓VDsat3V，漏源擊穿電壓BVDS=35V,柵源擊穿電壓BVGS25V,跨導(dǎo)gm0.5mS,截止頻率fmax1GHz（遷移率p=220cm2/Vs）3、結(jié)構(gòu)參數(shù)參考值：N型硅襯底的電阻率為20cm；墊氧化層厚度約為600；氮化硅膜厚約為1000；P阱摻雜后的方塊電阻為3300/，結(jié)深為56m；NMOS管的源、漏區(qū)磷摻雜后的方塊電阻為25/，結(jié)深為1.01.2m；PMOS管的源、漏區(qū)硼摻雜后的方塊電阻為25/，結(jié)深為1.01.2m；場氧化層厚度為1m；柵氧化層厚度為500；多晶硅柵厚度為40005000。

5、4、設(shè)計內(nèi)容1、MOS管的器件特性參數(shù)設(shè)計計算；2、確定p阱CMOS芯片的工藝流程，畫出每步對應(yīng)的剖面圖；3、分析光刻工藝，畫出整套光刻版示意圖；4、給出n阱CMOS芯片制作的工藝實施方案（包括工藝流程、方法、條件、結(jié)果）二MOS管的器件特性設(shè)計1、NMOS管參數(shù)設(shè)計與計算：由BVGSEBtox得toxfmaxBVGS25ox則C8.3108F,417C2oxox6VcmEB610oxn(VGSVT)1GHz得L3.23m22LWpCOX2L(VGSVT)2mA，式中（VGS-VT）VDS(sat)，得W12.2L再由IDSAT又gm3IDWnCOXW(VGSVT)0.5ms，得9.1VGSL

6、L4W12.2L閾值電壓VTP(|QSD(max)|QSS)toxox2fnmsQSD(max)eNAxdTxdT(4sfneNA)fnKTND)ms1.1VeniqND2L得L0.7m2s取ND發(fā)現(xiàn)當(dāng)ND11017cm3時VTP1.05V符合要求,又BVDS2、PMOS管參數(shù)設(shè)計與計算：因為BVGSEBtox,其中，EB6106toxBVGS25417EB6106VWpC2LoxV，BVGS25V所以)飽和電流：ID(satV(GSV2T)式中（VGS-VT）VDS(sat)，CoxWoxox8.22108IDsat1mA故可得寬長比：4.51由gmIDWnCOX(VGSVT)2ms可得寬長

7、比：VGSLW13.51LW13.51L(VV)fmaxnGS2T3GHzL3.1m2LVTN|QSD(max)QSS|toxox2fpms取nmos襯底濃度為1.41016cm3查出功函數(shù)差與摻雜濃度的關(guān)系可知：ms1.12V45fpKTNA)QSSqQSS1.61082cmeniQSD(max)eNDxdTxdT(4sfpeND)qNA2L可知2s取NA發(fā)現(xiàn)當(dāng)NA2.8106cm3時；VTN0.045V符合要求又BVDSW2sBVDS1.23m故取L2m14LqNAL三.工藝流程分析1、襯底制備。由于NMOS管是直接在襯底上形成，所以為防止表面反型，摻雜濃度一般高于閾值電壓所要求的濃度值，

8、其后還要通過硼離子注入來調(diào)節(jié)。CMOS器件對界面電荷特別敏感，襯底與二氧化硅的界面態(tài)應(yīng)盡可能低，因此選擇晶向為的P型硅做襯底，電阻率約為20CM。2、初始氧化。為阱區(qū)的選擇性刻蝕和隨后的阱區(qū)深度注入做工藝準(zhǔn)備。阱區(qū)掩蔽氧化介質(zhì)層的厚度取決于注入和退火的掩蔽需要。這是P阱硅柵CMOS集成電路的制造工藝流程序列的第一次氧化。3、阱區(qū)光刻。是該款P阱硅柵CMOS集成電路制造工藝流程序列的第一次光刻。若采用典型的常規(guī)濕法光刻工藝，應(yīng)該包括：涂膠，前烘，壓板，曝光，顯影，定影，堅膜，腐蝕。去膠等諸工序。阱區(qū)光刻的工藝要求是刻出P阱區(qū)注入?yún)㈦s，完成P型阱區(qū)注入的窗口4、P阱注入。是該P阱硅柵COMS集成電

9、路制造工藝流程序列中的第一次注入?yún)㈦s。P阱注入工藝環(huán)節(jié)的工藝要求是形成P阱區(qū)。5、剝離阱區(qū)氧化層。6、熱生長二氧化硅緩沖層：消除Si-Si3N4界面間的應(yīng)力，第二次氧化。7、LPCVD制備Si3N4介質(zhì)。綜合5.6.7三個步驟如下圖6薄氧8、有源區(qū)光刻：即第二次光刻Si3N49、N溝MOS管場區(qū)光刻。即第三次光刻，以光刻膠作為掩蔽層，刻蝕出N溝MOS管的場區(qū)注入窗口。10、N溝MOS管場區(qū)P+注入：第二次注入。N溝MOS管場區(qū)P+的注入首要目的是增強(qiáng)阱區(qū)上沿位置處的隔離效果。同時，場區(qū)注入還具有以下附加作用：A場區(qū)的重?fù)诫s注入客觀上阻斷了場區(qū)寄生mos管的工作B重?fù)诫s場區(qū)是橫向寄生期間失效而一

10、直了閂鎖效應(yīng)：C場區(qū)重?fù)诫s將是局部的阱區(qū)電極接觸表面的金半接觸特性有所改善。綜合9，10兩個步驟如圖11、局部氧化：第三次氧化，生長場區(qū)氧化層。12、剝離Si3N4層及SiO2緩沖層。綜合11，,12兩個步驟如圖13、熱氧化生長柵氧化層：第四次氧化。14、P溝MOS管溝道區(qū)光刻：第四次光刻-以光刻膠做掩蔽層。15、P溝MOS管溝道區(qū)注入：第四次注入，該過程要求調(diào)解P溝MOS管的開啟電壓。綜合13,14,15三個步驟如圖16、生長多晶硅。17、刻蝕多晶硅柵：第五次光刻，形成N溝MOS管和P溝MOS管的多晶硅柵歐姆接觸層及電路中所需要的多晶硅電阻區(qū)。綜合16,17兩個步驟如圖多晶硅18、涂覆光刻膠

11、。19、刻蝕P溝MOS管區(qū)域的膠膜：第六次光刻20、注入?yún)㈦sP溝MOS管區(qū)域：第五次注入，形成CMOS管的源區(qū)和漏區(qū)。同時，此過程所進(jìn)行的P+注入也可實現(xiàn)電路所設(shè)置的P+保護(hù)環(huán)。綜合18.19.20三個步驟如圖21、涂覆光刻膠。22、刻蝕N溝MOS管區(qū)域的膠膜：第七次光刻23、注入?yún)㈦sN溝MOS管區(qū)域：第六次注入，形成N溝MOS管的源區(qū)和漏區(qū)。同時，此過程所進(jìn)行的N+注入也實現(xiàn)了電路所設(shè)置的N+保護(hù)環(huán)。24、生長磷硅玻璃PSG。綜合21.22.23.24四個步驟如圖PSG25、引線孔光刻：第八次光刻，如圖PSG26、真空蒸鋁。27、鋁電極反刻：第九次光刻綜合26.27兩個步驟如圖AlVDD至此

12、典型的P阱硅柵CMOS反相器單元的管芯制造工藝流程就完場了。四P阱光刻板W14L28m1.5L3mLW13L26m1.5L3mN溝：L2mL計算過程；P溝：L2m對于掩模板l2328m實際取值應(yīng)稍大于所以故最終l9mw28m1.氧化生長2.曝光3.氧化層刻蝕124.P阱注入5.形成P阱136.氮化硅的刻蝕計算過程；P阱有源區(qū)應(yīng)與P阱相同l1.5L1.5LL4L8m取為9mW13故w6w取28mL7.場氧的生長8.去除氮化硅計算過程；l應(yīng)略大于溝道長度故取為2.5m寬應(yīng)與掩模板寬一致而上方寬度取5m不影響結(jié)果9.柵氧的生長10.生長多晶硅11.刻蝕多晶硅12.N離子注入13.P+離子注入1714

13、.生長磷化硅玻璃PSG15.光刻接觸孔計算過程；接觸孔模板源極長3m故接觸孔長應(yīng)小于3m取2m，寬取3m1816.刻鋁17.鈍化保護(hù)層淀積五工藝實施方案利用氮化硅的掩蔽，在沒有氮化硅、經(jīng)P離子注入的區(qū)域生成一層場區(qū)氧化層10三次光刻除去P阱中有源區(qū)的氮化硅和二氧化硅層11場氧二生長場氧化層12二次離子調(diào)整閾值電注入壓13柵極氧化場氧一厚度1000濕氧氧化T1200C，95水溫。電子束正膠曝光14多晶硅淀積15四次光刻16三次離子注入17五次光刻18四次離子注入19二次擴(kuò)散20淀積磷硅21厚度約為1微濕氧氧米化表面濃度注入P+結(jié)深方塊電阻形成柵極氧厚度500干氧化層淀積多晶硅厚度4000LPCV

14、D層形成PMOS電子束多晶硅柵，曝光并刻出PMOS有源區(qū)的擴(kuò)散窗口形成PMOS表面濃度注入B+有源區(qū)結(jié)深方塊電阻形成NMOS電子束多晶硅柵，曝光并刻出NMOS有源區(qū)的擴(kuò)散窗口形成NMOS峰值濃度注入P+有源區(qū)結(jié)深方塊電阻達(dá)到所需結(jié)結(jié)深熱驅(qū)入深表面濃度保護(hù)LPCVDT1200Ct6.2minT=600t10min正膠正膠950t=12minT600C玻璃21六次光刻刻金屬化的接觸孔22蒸鋁淀積Al-Si、合金，并形刻鋁成集成電路的最后互連t10min電子束正膠曝光濺射六、心得體會：通過此次課程設(shè)計，使我更加扎實的掌握了有關(guān)微電子技術(shù)方面的知識，在設(shè)計過程中雖然遇到了一些問題，但經(jīng)過一次又一次的思

15、考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和經(jīng)驗不足。過而能改，善莫大焉。在課程設(shè)計過程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟，不斷獲取。這次課程設(shè)計終于順利完成了，在設(shè)計中遇到了很多問題，最后在老師的指導(dǎo)下，終于游逆而解。在今后社會的發(fā)展和學(xué)習(xí)實踐過程中，一定要不懈努力，不能遇到問題就想到要退縮，一定要不厭其煩的發(fā)現(xiàn)問題所在，然后一一進(jìn)行解決，只有這樣，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荊斬棘，而不是知難而退，那樣永遠(yuǎn)不可能收獲成功，收獲喜悅，也永遠(yuǎn)不可能得到社會及他人對你的認(rèn)可！課程設(shè)計誠然是一門專業(yè)課，給我很多專業(yè)知識以及專業(yè)技能上的提升，同時

16、又是一門講道課，一門辯思課，給了我許多道，給了我很多思，給了我莫大的空間。同時，設(shè)計讓我感觸很深。使我對抽象的理論有了具體的認(rèn)識。通過這次課程設(shè)計，我掌握了CMOS器件的特性參數(shù)的計算以及它的工藝制作過程我認(rèn)為，在這學(xué)期的課設(shè)中，不僅培養(yǎng)了獨立思考的能力，在各種其它能力上也都有了提高。更重要的是，在課程設(shè)計過程中，我們學(xué)會了很多學(xué)習(xí)的方法。而這是日后最實用的，真的是受益匪淺。要面對社會的挑戰(zhàn)，只有不斷的學(xué)習(xí)、實踐，再學(xué)習(xí)、再實踐。這對于我們的將來也有很大的幫助。以后，不管有多苦，我想我們都能變苦為樂，找尋有趣的事情，發(fā)現(xiàn)其中珍貴的事情。就像中國提倡的艱苦奮斗一樣，我們都可以在實驗結(jié)束之后變的更

17、加成熟，會面對需要面對的事情?；仡櫰鸫苏n程設(shè)計，至今我仍感慨頗多，在這段日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。通過這次課程設(shè)計我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設(shè)計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，但可喜的是最終都得到了解決。課程設(shè)計中，也對團(tuán)隊精神的進(jìn)行了考察，讓我們在合作起來更加默契，在成功后一起體會喜悅的心情。果然是團(tuán)結(jié)就是力量，只有互相之間

18、默契融洽的配合才能換來最終完美的結(jié)果。此次設(shè)計也讓我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及時請教或上網(wǎng)查詢，只要認(rèn)真鉆研，動腦思考，動手實踐，就沒有弄不懂的知識，收獲頗豐。我認(rèn)為，在這學(xué)期的實驗中，在收獲知識的同時，還收獲了閱歷，收獲了成熟，在此過程中，我們通過查找大量資料，請教老師和同學(xué)。使我再專業(yè)知識得了到很好的提升，在此，要對給過我?guī)椭乃型瑢W(xué)和各位指導(dǎo)老師再次表示忠心的感謝！課設(shè)的成功，少不了老師的耐心指導(dǎo)和同學(xué)的熱心幫助，以及小組中其他成員的大力配合。沒有大家的默契，也收獲不了今日的成功，在課設(shè)的過程中每一個人都努力查找資料，仔細(xì)檢查，認(rèn)真核對，都付出了自己的努力和艱辛，在此，謝謝所有人的努力和幫助，才使課設(shè)能夠得以順利地完成。六、參考資料1、王