2022年CMOS集成电路制造工艺流程.pdf

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1、CMOS 集成电路制造工艺流程陕西国防工业职业技术学院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 师张喜凤目录摘要 . 1引言 . 1关键词. 11、 . CMOS器件11、1 分类 . 12、CMOS集成技术发展 . 23、CMOS基本的制备工艺过程 . 23、1 衬底材料的制备 . 24、主要工艺技术 . 25、光刻. 26、 刻蚀 . 36、1 湿法刻蚀 . 36、2 干法刻蚀 . 3精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - -

2、- - - - -第 1 页，共 6 页 - - - - - - - - - - CMOS 集成电路制造工艺流程7、CMOS工艺的应用. 3举例 . 4CMOS 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就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、集成度与成品率高,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

3、,双极集成工艺与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1. CMOS器件CMOS 器件, 就是 NMOS 与 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。1、1 分类CMOS 器件也有不同的结构 , 如铝栅与硅栅 CMOS、 以及 p 阱、 n 阱与双阱 CMOS。铝栅 CMOS 与硅栅 CMOS 的主要差别 , 就是器件的栅极结构所用材料的不同。P 阱CMOS, 则就是在 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

4、方法形成。 该工艺应用得最早 , 也就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, 就是在 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/DNMOS 与 p 沟 MOS 兼容的 CMOS 电路。双阱 CMOS, 就是在低阻 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 阱与 p 阱, 并分别在 n、p 阱中制造 p 沟与 n 沟晶体管 , 从而使 PMOS 与 NMO

5、S 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沟与 n沟晶体管的平衡性 , 适用于高性能电路的制造。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 2 页，共 6 页 - - - - - - - - - - CMOS 集成电路制造工艺流程2、CMOS集成技术发展从 MOS工艺集成技术发展历史上瞧, 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

6、短沟 MOS(HMOS)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与超大规模集成系统制造的需要, 于就是早在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 与 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与 VLSI 集成电路的制造中首先得到广泛应用, 并得到快速发展 , 特别就是自20世纪 80

7、 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。3、CMOS基本的制备工艺过程CMOS 集成电路的制备工艺就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。3、1 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 :悬浮区熔法与直拉法。4、主要工艺技术1热氧化 ;2扩散 , 掺杂( 热扩散掺杂 , 离子注入掺杂 ); 5、光刻光刻就是集成电路制造过程中复杂与关键的工艺之一。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 , 腐蚀与胶剥离。精品资料 - - - 欢迎

8、下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 3 页，共 6 页 - - - - - - - - - - CMOS 集成电路制造工艺流程6、 刻蚀6、1 湿法刻蚀湿法刻蚀就是将刻蚀材料浸泡在腐蚀液内进行腐蚀的技术。它就是一种纯化学刻蚀 , 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她材料的薄膜。6、2 干法刻蚀干法刻蚀就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与选择性刻蚀的特点。7、CMOS工艺的应用随着整机系统继续向高速度、低功耗、低电压与多媒体、网络化、移动化的发展, 对集成电路的

9、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 纳米与 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与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工艺不仅就是数字电路的主导工艺技术, 而且已不断在模拟与混合信号电路集成中得到应用 , 如含有模拟与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

10、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与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。但就是 , 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与竞争。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

11、成为最具综合技术优势的竞争对手之一。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 4 页，共 6 页 - - - - - - - - - - CMOS 集成电路制造工艺流程举例、 N 阱硅栅 CMOS集成电路制造工艺的主要流程(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

12、区 (二次光刻 ), 刻蚀场区的 Si3N4,去胶。由于 Si3N4 与 Si 之间的应力较大 , 而 SiO2 与Si 与 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 , 一就是因为 CMOS 工艺比 NMOS 工艺出现得晚 , 更先进 ; 二就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 与有源区处的 SiO2。(9) 重新生长一层薄薄的SiO2(栅氧) 。(10) 生长一

13、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 的源漏区与衬底欧姆接触。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的源漏区与阱欧姆接触。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 5 页，共 6 页 - - - - - - - - - - CMOS 集成电路制造工艺流程(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。超链接 :集成电路的制造工艺,光刻,CMOS 集成工艺 、精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 6 页，共 6 页 - - - - - - - - - -