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课程报告
课程微电子产品开发与应用
论文题目CMOS集成电路制造工艺流程
班级电子3141
姓名及学号王京24
任课教师张喜凤
目录
CMOS集成电路制造工艺流程
摘要:本文介绍了CMOS集成电路的制造工艺流程,主要制造工艺及各工艺步骤中的核心要素,及CMOS器件的应用;
引言:集成电路的设计与测试是当代计算机技术研究的主要问题之一;硅双极工艺面世后约3年时间,于1962年又开发出硅平面MOS工艺技术,并制成了MOS集成电路;与双极集成电路相比,MOS集成电路的功耗低、结构简单、集成度和成品率高,但工作速度较慢;由于它们各具优劣势,且各自有适合的应用场合,双极集成工艺和MOS集成工艺便齐头平行发展;
关键词:工艺技术,CMOS制造工艺流程
CMOS器件
CMOS器件,是NMOS和PMOS晶体管形成的互补结构,电流小,功耗低,早期的CMOS电路速度较慢,后来不断得到改进,现已大大提高了速度;
分类
CMOS器件也有不同的结构,如铝栅和硅栅CMOS、以及p阱、n阱和双阱CMOS;铝栅CMOS和硅栅CMOS的主要差别,是器件的栅极结构所用材料的不同;P阱CMOS,则是在n型硅衬底上制造p沟管,在p阱中制造n沟管,其阱可采用外延法、扩散法或离子注入方法形成;该工艺应用得最早,也是应用得最广的工艺,适用于标准CMOS电路及CMOS与双极npn兼容的电路;N阱CMOS,是在p型硅衬底上制造n沟晶体管,在n阱中制造p沟晶体管,其阱一般采用离子注入方法形成;该工艺可使NMOS晶体管的性能最优化,适用于制造以NMOS为主的CMOS以及E/D-NMOS和p沟MOS兼容的CMOS电路;双阱CMOS,是在低阻n+衬底上再外延一层中高阻n――硅层,然后在外延层中制造n阱和p阱,并分别在n、p阱中制造p沟和n沟晶体管,从而使PMOS和NMOS晶体管都在高阻、低浓度的阱中形成,有利于降低寄生电容,增加跨导,增强p沟和n沟晶体管的平衡性,适用于高性能电路的制造;
集成技术发展
从MOS工艺集成技术发展历史上看,也经历了从简单到复杂的发展过程,如陆续推出了p沟硅栅MOS工艺、p沟铝栅MOS工艺、n沟硅栅MOS工艺、n沟硅栅E/DMOS工艺、高性能短沟MOSHMOS工艺等,它们都各具优劣势,在不同时期、不同领域得到了应用;随着集成电路的集成度提高,功耗问题日益突出,普通MOS工艺已不能满足大规模和超大规模集成系统制造的需要,于是早在1963年开发出的硅CMOS集成工艺终于有了广泛应用的机会;虽然CMOS工艺比NMOS工艺复杂,早期的CMOS器件性能也较差,但CMOS器件的功耗极低,集成度也高,用以制造数字LSI和VLSI集成电路可很好地解决最迫切的功耗问题,因而在数字LSI和VLSI集成电路的制造中首先得到广泛应用,并得到快速发展,特别是自20世纪80年代以来,更成为CPU、RAM、ROM等VLSI的主导制造工艺,并替代了NMOS工艺;
基本的制备工艺过程
CMOS集成电路的制备工艺是一个非常复杂而又精密的过程,它由若干单项制备工艺组合而成;
衬底材料的制备
任何集成电路的制造都离不开衬底材料——单晶硅;制备单晶硅有两种方法:悬浮区熔法和直拉法;

热氧化;扩散,掺杂热扩散掺杂,离子注入掺杂;

光刻是集成电路制造过程中复杂和关键的工艺之一;光刻的主要工艺步骤包括:光刻胶的涂覆,掩模与曝光,光刻胶显影,腐蚀和胶剥离;

湿法刻蚀
湿法刻蚀是将刻蚀材料浸泡在腐蚀液内进行腐蚀的技术;它是一种纯化学刻蚀,具有优良的选择性,它刻蚀完当前薄膜就会停止,而不会损坏下面一层其他材料的薄膜;
干法刻蚀
干法刻蚀是以等离子体进行薄膜刻蚀的技术;这些工艺具有各向异性刻蚀和选择性刻蚀的特点;
工艺的应用
随着整机系统继续向高速度、低功耗、低电压和多媒体、网络化、移动化的发展,对集成电路的要求越来越高,不断推动着集成电路工艺技术的迅速发展,目前先进的硅CMOS集成工艺已进入90纳米和65纳米领域;随着亚微米、深亚微米、纳米CMOS工艺技术的发展,为数字电路提供了更快、更大密度的电路集成,也为模拟电路提供了更高性能的模拟开关和模拟电路应用的多晶硅-氧化物-多晶硅电容,加上CMOS工艺简单、功耗低、集成度高、芯片尺寸小、成本低等特点,CMOS工艺不仅是数字电路的主导工艺技术,而且已不断在模拟和混合信号电路集成中得到应用,如含有模拟和数字电路的微控制器从20世纪90年代中期以来已全部采用CMOS工艺制造,自2003年以来CMOS工艺也成为一些通用低功耗A/D转换器的主流制造工艺;
无线通讯系统由高频和中频模拟电路及数字信号处理电路构成;过去,一般高频模拟电路部分采用GaAs或硅双极工艺技术制造,中频模拟电路部分采用硅BiCMOS工艺技术制造,其它如DSP采用硅CMOS工艺技术制造;但是,由于现代通讯系统涉及到声音、数据、图像等多媒体信息,如果继续采用这种制造模式来实现高频、低功耗、低噪声、低失真、小型化、低价格等性能特点的通讯系统电路,已远远不能满足应用需要;因此,推动了工艺集成技术的继续发展和竞争;随着CMOS工艺技术的快速进步,在新的技术竞争中,硅CMOS集成工艺已成为最具综合技术优势的竞争对手之一;

1生长一层SiO2;
2在SiO2上涂光刻胶,光刻N阱掺杂窗口一次光刻;
3用HF刻蚀窗口处的SiO2,去胶;
4在窗口处注入N型杂质;
5形成N阱,去除硅片上的SiO2;
6生长一层SiO2,再生长一层Si3N4;光刻场区二次光刻,刻蚀场区的Si3N4,去胶;由于Si3N4和Si之间的应力较大,而SiO2与Si和Si3N4之间的应力较小,所以用SiO2作为过渡层;
7生长场区SiO2场氧;CMOS工艺之所以不象NMOS工艺那样直接生长场氧,一是因为CMOS工艺比NMOS工艺出现得晚,更先进;二是因为生长场氧时间很长,会消耗很多硅,这样会使有源区边缘产生很高的台阶,给以后台阶覆盖带来困难,台阶太高会产生覆盖死角;
8去除Si3N4和有源区处的SiO2;
9重新生长一层薄薄的SiO2栅氧;
10生长一层多晶硅;
11光刻多晶硅栅极三次光刻;
12刻蚀栅极以外的多晶硅,去胶;
13光刻P+离子注入窗口四次光刻,刻蚀窗口处的SiO2,去胶;在窗口处注入P型杂质,形成PMOS的源漏区和衬底欧姆接触;生长SiO2;
14光刻N+离子注入窗口五次光刻,刻蚀窗口处的SiO2,去胶;在窗口处注入N型杂质,形成NMOS的源漏区和阱欧姆接触;
15生长一层SiO2;
16光刻接触孔六次光刻,刻蚀接触孔处的SiO2,去胶;
17生长一层金属,光刻金属引线七次光刻;
18刻蚀引线外的金属,去胶;
19淀积钝化层;
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