p阱CMOS芯片制作工艺设计掺杂工艺参数计算

p阱CMOS芯片制作工艺设计

目录

一．设计参数要求 (2)

二．设计内容 (3)

1：PMOS管的器件特性参数设计计算。 (3)

2：NMOS管参数设计与计算。 (4)

3： p阱CMOS芯片制作的工艺实施方案； (5)

工艺流程 (6)

4．光刻工艺及流程图(典型接触式曝光工艺流程为例) (12)

5：掺杂工艺参数计算； (14)

P阱参杂工艺计算 (14)

②PMOS参杂工艺计算 (15)

③NMOS参杂工艺计算 (16)

三：工艺实施方案 (17)

四、参考资料 (24)

五：心得体会 (25)

一．设计参数要求

1. 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IDsat≥1mA, 漏源饱和电压VDsat≤3V，漏源击穿电压BVDS=35V, 栅源击穿电压BVGS≥25V, 跨导gm≥2mS, 截止频率fmax≥3GHz（迁移率

µn=600cm2/V·s）

p沟多晶硅栅MOSFET：阈值电压VTp= -1V, 漏极

饱和电流IDsat≥1mA, 漏源饱和电压VDsat≤3V，漏源击穿电压BVDS=35V, 栅源击穿电压BVGS=≥25V, 跨导gm≥0.5mS, 截止频率fmax≥1GHz（迁移率

µp=220cm2/V·s）

2. 结构参数参考值：

N型硅衬底的电阻率为20Ω⋅cm；垫氧化层厚度约为600 Å；氮化硅膜厚约为1000 Å；

P阱掺杂后的方块电阻为3300Ω/ ，结深为

5~6μm；

NMOS管的源、漏区磷掺杂后的方块电阻为

25Ω/ ，结深为0.3~0.5μm；

PMOS管的源、漏区硼掺杂后的方块电阻为

25Ω/ ，结深为0.3~0.5μm；

场氧化层厚度为1μm；栅氧化层厚度为500 Å；多晶硅栅厚度为4000 ~5000 Å。

二．设计内容

1：PMOS管的器件特性参数设计计算.

由得

Å ,则

得

再由，式中（VGS-VT）≥VDS(sat)，得

又，得

阈值电压

取发现当时符合要求,又得

2：NMOS管参数设计与计算。

因为,其中，6×，

所以Å

饱和电流：，式中（VGS-VT）

≥VDS(sat)，

IDsat≥1mA 故可得宽长比：

由可得宽长比：

取nmos衬底浓度为查出功函数差与掺杂浓度的关系可知：

取发现当时；符合要求又

可知故取

3： p阱CMOS芯片制作的工艺实施方案；

工艺流程

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<100>的P型硅做衬底，电阻率约为20Ω•CM

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。

8：有源区光刻：即第二次光刻

9：N沟MOS管场区光刻。

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。

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。

13：热氧化生长栅氧化层。

14：P沟MOS管沟道区光刻。

15：P沟MOS管沟道区注入

16：生长多晶硅。

17：刻蚀多晶硅栅

18：涂覆光刻胶。

19：刻蚀P沟MOS管区域的胶膜。20：注入参杂P沟MOS管区域。

21：涂覆光刻胶。

22：刻蚀N沟MOS管区域的胶膜

23：注入参杂N沟MOS管区域24：生长磷硅玻璃PSG。

25：引线孔光刻

26：真空蒸铝。

27：铝电极反刻

P阱硅栅CMOS反相器单元的管芯制造工艺流程4．光刻工艺及流程图(典型接触式曝光工艺流程为例)

⑴氧化生长

⑵曝光

⑶氧化层刻蚀

⑷P阱注入

⑸形成P阱

⑹氮化硅的刻蚀

⑺场氧的生长

⑻去除氮化硅

⑼栅氧的生长⑽生长多晶硅⑾刻蚀多晶硅