MOS集成电路的基本制造工艺PPT课件

集电极的串联电阻很大;
NPN管C极只能接固定电位，从而限制了NPN管的使用
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以N阱CMOS工艺为基础的BiCMOS工
艺
纵向NPN
PMOS
NMOS
EB C
P+ P+ N阱
N+ N+ P- SUB
N+
N+
P
N阱
NPN具有较薄的基区，提高了其性能；
N阱使得NPN管C极与衬底隔开，可根据电路需要接电位 集电极串联电阻还是太大，影响双极器件的驱动能力
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刻蚀（等离子体刻蚀）
3．P阱掺杂：
P+
硼掺杂（离子注入）
去胶
P-well
去除氧化膜
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离子源
高压 电源
电流 积分
器
离子束
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• 掩膜2： 光刻有源区
P-well
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驱动能力
BiCMOS集成电路工艺
双极型
Bi-CMOS CMOS
功耗
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BiCMOS工艺分类
• 以CMOS工艺为基础的 BiCMOS工艺
• 以双极工艺为基础的BiCMOS工 艺。
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以P阱CMOS工艺为基础的BiCMOS工艺
NPN晶体管电流增益小；
P+ P+N+
N-Si
VS
VOUT
VIN
VDD
S
P+N+
N+ P+ N-
P+N+
P-Si
VS
VOUT
VIN
VDD
S
P+N+ P-
N+ P+ P+N+ N-
I-Si N+-Si
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• 掩膜1： P阱光刻
P-well
P-well
N+ P+
P+
N-Si
N+
N+ P+
P
N-Si-衬底
Scanning direction of ion beam
photoresist
gate
oxide
gate
source
drain
silicon substrate
oxide
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doped silicon
oxide
gate
gate
source
drain
silicon substrate
drain
oxide
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field oxide gate oxide
CMOSFET
oxide
n+
gate n+
P型 si sub
oxide
p+ gate p+ oxide
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P阱工艺
N阱工艺
双阱工艺
VS
VOUT
VIN
VDD
S
P+N+ N+ P-
tungsten
p well n+
p-epi P+
n well
SiO2 p+
增加器件密度 防止寄生晶体管效应（闩锁效应）
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深亚微米CMOS晶体管结构
多晶硅硅化物
侧墙
TiSi2
浅槽隔离
STI n+ nP阱
n-
n+
STI
p-epi
p+
p-
N阱
p-
p +
SSTTSIITI
源/漏扩展区
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1. 双极集成电路的基本工艺 2. 双极集成电路中元件结构
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双极集成电路的基本工艺
E
B
C
S
n+ P+
p
n+
P+
n+-BL
n-epi
P-Si
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双极集成电路中元件结构
A
EB
C
S
P+
n+
p
n-epi
n+-BL
n+
P+
TepTiepi
P-Si P-Si
tepi-ox xmc xjc
(漏-栅-源)
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1. 淀积氮化硅：
P-well
氧化膜生长（湿法氧化）
2. 光刻有源区：
P-well 氮化膜生长
有源区光刻板
P-well
P-well
涂胶
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对版曝光
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P-well
P-well
显影
3. 场区氧化：
P-well
氮化硅刻蚀去胶 P-well
场区氧化（湿法氧化）
TBL-up
A’ 四层三结结构的双极晶体管
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E
B
C
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相关知识点
隐埋层的作用、电隔离的概念、寄生晶体管
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MOS集成电路的工艺 P阱CMOS工艺 N阱CMOS工艺 双阱CMOS工艺
BiCMOS集成电路的工艺
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P-well
淀积多晶硅
P-well
涂胶光刻
P-well
多晶硅刻蚀
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掩膜4 ：P+区光刻
P-well
P+ P+
P-well
P+
P+
N-Si
N+
N+
P-well
1、P+区光刻 2、离子注入B+，栅区有多晶硅做掩蔽，
称为硅栅自对准工艺。 3、去胶
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Chrome plated glass mask
Ultraviolet Light
Exposed area of photoresist
photoresist oxide
silicon substrate
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Shadow on photoresist
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在现有N阱CMOS工艺上增加一块掩膜板
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以N阱CMOS工艺为基础的改进BiCMOS工艺
NMOS
PMOS
纵向NPN EB C
N+ N+ P－-epi P+- SUB
P+ P+ N阱
N+- BL
使NPN管的集电极串联电阻减小56倍； 使CMOS器件的抗闩锁性能大大提高
P+
P-well
硼离子注入
P+
P+
P-well
去胶
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掩膜5 ：N+区光刻
P-well
P+ P+
N+ N+
P-well
P+
P+
N-Si
N+
N+
P-well
1、N+区光刻 2、离子注入P+，栅区有多晶硅做掩蔽，
称为硅栅自对准工艺。 3、去胶
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在硅衬底上制作MOS晶体管
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silicon substrate
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field oxide
oxide silicon substrate
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photoresist oxide
silicon substrate
P-well
1、淀积铝. 2、光刻铝 3、去胶
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P+
P+
N+
N+
P-well
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铝线 PSG 场氧 栅极氧化膜 N+区 P+区 P-well N-型硅极板 多晶硅
Example: Intel 0.25 micron Process
5 metal layers Ti/Al - Cu/Ti/TiN Polysilicon dielectric
非感光区域
感光区域
photoresist oxide
silicon substrate
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photoresist
显影 photoresist
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oxide silicon substrate
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Shadow on photoresist
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Interconnect Impact on Chip
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掩膜8 ：刻钝化孔
Circuit
PAD
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CHIP
双阱标准CMOS工艺
gate oxide
TiSi2
field oxide
Al (Cu) SiO2
腐蚀 photoresist
oxide
sisliicliocnonsusbusbtsrtartaete
oxide
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field oxide
去胶
oxide
sisliicliocnonsusbusbtsrtartaete
oxide
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thin oxide layer
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contact holes
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gate
source
drain
silicon substrate
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contact holes
gate
source
drain
silicon substrate
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完整的简单MOS晶体管结构
去除氮化硅薄膜及有源区SiO2
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掩膜3： 光刻多晶硅 P-well
多晶硅栅极
栅极氧化膜
P-well
去除氮化硅薄膜及有源区SiO2
P+
P+
N-Si
N+
N+
P-well
♣ 生长栅极氧化膜 淀积多晶硅 光刻多晶硅
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P-well
生长栅极氧化膜 多晶硅光刻板
polysilicon gate top nitride metal connection to source
metal connection to gate doped silicon
metal connection to drain
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oxide
gate
source
silicon substrate
有源区：nMOS、PMOS 晶体管形成的区域
SiO2隔离岛
P-well
P+
P+
N-Si
N+
N+
P-well
♣ 淀积氮化硅 光刻有源区 场区氧化 去除有源区氮化硅及二氧化硅
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deposited nitride layer
有源区
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有源区光刻板 N型p型MOS制作区域
gate oxide
oxide
silicon substrate
oxide
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gate oxide
polysilicon
oxide
silicon substrate
oxide
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polysilicon gate
oxide
gagtaete silicon substrate
双极集成电路中元件结构双极集成电路中元件结构psinblpsitepinblteptbluptepioxxmcxjc四层三结结构的双极晶体管隐埋层的作用电隔离的概念寄生晶体管隐埋层的作用电隔离的概念寄生晶体管mosmos集成电路的工艺集成电路的工艺pp阱阱cmoscmos工艺工艺bicmosbicmos集成电路的工艺集成电路的工艺nn阱阱cmoscmos工艺工艺双阱cmoscmos工艺工艺mos晶体管的动作mos晶体管实质上是一种使电流时而流过时而切断的开关p型硅基板栅极金属绝缘层sio2nn沟沟mosmos晶体管的基本结构晶体管的基本结构栅极gsiliconsubstratesourcedraingategateoxideoxideoxideoxidetopnitridemetalconnectionsourcemetalconnectiongatemetalconnectiondrainpolysilicongatedopedsiliconfieldoxidegateoxidemosmosmosmossiliconsubstratesiliconsubstrateoxideoxidefieldoxidesiliconsubstrateoxideoxidephotoresistphotoresistshadowphotoresistphotoresistphotoresistexposedareaphotoresistchromeplatedglassmaskultravioletlightsiliconsubstrateoxideoxide非感光区域siliconsubstrate感光区域oxideoxidephotoresistphotoresistshadowphotoresistsiliconsubstrateoxideoxidephotoresistphotoresistphotoresist显影显影siliconsubstrateoxideoxideoxideoxidesiliconsubstratephotoresistphotoresist腐蚀siliconsubstrateoxideoxideoxideoxidesiliconsubstratefieldoxide去胶siliconsubstrateoxideoxideoxideoxidegateoxidegateoxidethinoxidel
N+
P+
P+
P-well
磷离子注入
P+
P+
N+
N+