p阱CMOS芯片制作工艺设计掺杂工艺参数计算.docx

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1、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31： PMOS管的器件特性参数设计计算。32: NMOS管参数设计及计算。43: p阱CMOS芯片制作的工艺实施方案； 5工艺流程54 .光刻工艺及流程图（典型接触式曝光工艺流程为例）125:掺杂工艺参数计算； 14P阱参杂工艺计算14 PMOS参杂工艺计算15 NMOS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24一.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IDsat1mA,漏源饱和电压VDsat2mS,截止频率fmax3GHz（迁移率 pn=60

2、0cm2/V-s）p沟多晶硅栅MOSFET :阈值电压VTp= -1V,漏p阱CMOS芯片制作工艺设计掺杂工艺参数计算 极饱和电流IDsat1mA,漏源饱和电压VDsat25V,跨导 gm0.5mS,截止频率 fmax1GHz（迁移率 pp=220cm2/V-s）2.结构参数参考值：N型硅衬底的电阻率为20cm;垫氧化层厚度约为600 A;氮化硅膜厚约为1000 A;P阱掺杂后的方块电阻为3300 / ，结深为 56 m;NMOS管的源、漏区磷掺杂后的方块电阻为 25 / ，结深为 0.30.5 m;PMOS管的源、漏区硼掺杂后的方块电阻为25 / ，结深为 0.30.5 m;场氧化层厚度为1

3、 m;栅氧化层厚度为500 A;多晶硅栅厚度为4000 5000 Ao二.设计内容1： PMOS管的器件特性参数设计计算.由 | 得 | A , _|p阱CMOS芯片制作工艺设计掺杂工艺参数计算| 得 | |再由一 | ，式中（VGS-VT）又 | ，得习_2SJ阈值电压 |取发现当I 时I符合要求，又2： NMOS管参数设计及计算。因为 ，其中，_| 6X工,所饱和电流：，式中（VGS-VT）VDS(sat),IDsat1mA故可得宽长比：可得宽长比:取nmos衬底浓度为 |查出功函数差及掺杂浓 度的关系可知：|I X I = =I I X I取囚发现当 心三 1 时；I x I符合要求又巨

4、H3： 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，衬底及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20QCM 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。S1024衬底N-Sw3：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。

5、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S10翌N-淑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。p-iwii N-sub15：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SisNq.b-SL9： 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

6、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一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16:17：18：19：20：21：22：生长多晶硅。刻蚀多晶硅栅多晶硅涂覆光刻胶。刻蚀P沟MOS管区域的胶膜。注入参杂P沟MOS管区域。B+-N-Si-涂覆光刻胶。刻蚀N沟MOS

7、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AU-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）氧化生长e）快虬前规（打底膜）曝光g光氧化层刻蚀(可是勤、坚蜓P阱注入形成P阱氮化硅的刻蚀场氧的生长去除氮化硅栅氧的生长生长多晶硅(11)刻蚀多晶硅(12) N +离子注入(13) P+离子注入(14) 生长磷化硅玻璃PSG(15) 光刻接触孔(16) 刻铝(17) 钝化保护层淀积5：掺杂工艺参数计算；P阱参杂工艺计算由P阱的方块电阻可计算出B注入的补偿杂质剂量 一二:一=三，6二

8、二-3-由衬底电阻率20Q-cm查 表得“二二二七项-：。P阱结深5m则补偿杂质浓度=二己w-：。及j比较 可以忽略，故，注入剂量为上=一:一=s二二一-；】：-：。取注入能量E=45KeV则查图表得Rp 156?tmA J?p 5彳：离子注入后采用快速热退火使杂 质充分活化和晶格损伤降至最低。最后在T=1200C下p阱CMOS芯片制作工艺设计掺杂工艺参数计算 进行有限表面源扩散达到结深要求。当T=1200C时 二% = _三二二,厂】。此时所需要的时间为124min根据最小掩蔽膜公式对于CMOS器件：T=1200C时= 7可以解出最小氧化膜厚度应为、:一 .一 = 三，:： 3.7 = 二

9、，： .： 对于实际器件，掩蔽膜厚度应为”的1.52倍。故，氧化膜厚度可取1.24mPMOS参杂工艺计算PMOS管的源、漏区硼掺杂后的方块电阻为25 / ，则可解得注入的补偿杂质剂量为Q5 =一=1.136 X 1015cm -。衬底参杂浓度为B 件H二二二二计算的冬=二，_ = 1二二_：二-】，它的值可 以忽略。取注入能量为三=二 必则查图表得已 0.1566jxm 及_ m.一 二。S 可计算出结深尸死+纠a珥二。.451皿随后在T=950C条件下采用热退火处理12min使其结深达到 要求，杂质浓度分布均匀。在此条件下，可由最小掩蔽膜厚度公式一 =三一-： ； 1 -:计算所需多晶硅膜厚

10、度。当掩蔽效率达到99.999%时，查图表得出集体 参数，计算的最小多晶硅膜厚度为，一“ =3194A,：4A。NMOS参杂工艺计算NMOS管的源、漏区硼掺杂后的方块电阻为25 / ，则可解得注入的补偿杂质剂量为二一二2 =IL-./ 二】：。P 阱的电阻率母心二p二目二，.L.二克二：S 二一土，：二二55.? :：:。查表知匚二二 二】：.：.：-；。计算得土 二二上二_-：*-：，它的值可以忽略。取注入能量为三二则查图表得牝=C、半及_矿.=，5 3.,.：:。可计算出结深幻=r + 汕（一鲤）r逐二.4。2呻1。随后在T=95C条件下采用热退火处理12min使其结深达到 要求，杂质浓度

11、分布均匀。在此条件下，可由最小掩蔽膜厚度公式一 =三一-： ； 1 -:计算所需多晶硅膜厚度。当掩蔽效率达到99.999%时，查图表得出集体 参数，计算的最小多晶硅膜厚度为=3494A4000A。三：工艺实施方案工艺步骤工艺名称工艺目的设计目 标结构 参数工艺方法工艺条件1衬底制备衬底制备电阻率20Q-cm晶向2一次为形厚度干氧均在1200C氧化成P1.24湿下。干氧外延阱提供掩pm氧一干氧15min湿氧 135min蔽膜干氧15min3一次为硼电子正胶光刻扩散束曝40s提供光窗口4一次注入R=330离子A = S.6粒子形成0注入X 1012cm-2注入P阱/E=40KeV5一次热驱结深有限

12、T=1200C扩散入达5 一表面t=134min到P源扩阱深散度6二次作为膜厚干氧T=1200C氧化氮化600A氧化t =9min硅薄膜的缓冲层7氮化硅薄膜淀积作为 光刻 有源 区的 掩蔽 膜膜厚 ioooALPCVDT=6ooC8二次光刻为磷扩散提供窗口电子束曝光正胶40s9场氧利用厚度湿氧T=12ooC一氮化 硅的 掩蔽， 在没 氮化硅区ioooA氧化水温95C域生长氧化层10三次光刻除去 P阱 有源 区的 氮化 硅等电子束曝光正胶11场氧生长氧化层厚度1呻湿氧氧化T=1100C t =140min12二次离子注入调整阈值电压表面参杂浓度和结深及方块电阻注入磷离子13栅极形成膜厚干氧T=1

13、000C氧化栅极氧化层417At =22.2min14多晶淀积厚度LPCVT=600C硅淀积多晶硅层4000ADt =10min15四次光刻形成 PMOS多 晶硅 栅，刻 出 PMO S有 源区 扩散 口电子束曝光正胶16三次形成表面结注入剂量为离子注入PMOS有源区深，方块电阻硼离子1.136X 101&nn_2E = 40KeV17五次形成电子正胶光刻NMO束曝S的光多晶硅栅，刻出NMOS有源区扩散口18四次形成浓度，注入剂量为离子NMO结深磷离4.17注入S有子X 1014m-2源区E = IWKeV19热退火，二次扩散达到所需 结深， 均匀 分布结深，浓度热驱入T=950C t =12

14、min20淀积保护LPCVT=600C磷硅Dt =10min玻璃21六次刻出电子正胶光刻金属束曝的接光触孔22蒸铝，淀积溅射刻铝铝硅合金并形成集成电路的互连四、参考资料1、王蔚，田丽，任明远编著，集成电路制造技术一一 原理及工艺，电子工业出版社，20102、刘睿强，袁勇，林涛编著集成电路制程设计及工 艺仿真，电子工业出版社，20113、Donald A. Neamen著，赵毅强等译半导体器件 物理电子工业出版社4、关旭东，集成电路工艺基础，北京大学出版社， 20055、陈贵灿，邵志标，程军，林长贵编，CMOS集成 电路设计，西安:西安交通大学出版社，20006、李乃平主编，微电子器件工艺，华中

15、理工大学出 版社，19957、黄汉尧，李乃平编半导体器件工艺原理，上海科 学技术出版社，19868、夏海良，张安康等编，半导体器件制造工艺，上 海科学技术出版社，1986五：心得体会顺利的完成了此次课程设计报告的内容，已经让人觉得很吃力，通过本次课程设计的学习，使我对于P阱p阱CMOS芯片制作工艺设计掺杂工艺参数计算 CMOS芯片工艺设计制作的相关流程得以熟悉，更加扎 实的掌握了有关微电子技术方面的知识，设计过程中， 我们小组关于公式的选取和参数的估计，存在很大的争 议，后来经过三个人共同的商议，最终选择了最优的方 案，过程中，一遍又一遍翻阅课本，网上查阅资料，深 深地觉得自己在课程学习中的知

16、识的欠缺，然后我们通 过自己相互之间进行讨论，其他小组之间进行相互讨论, 一遍又一遍的订正错误，才得以使课程设计圆满完成， 一个小小的课程设计，不仅仅考验人知识的掌握能力， 更挑战团队合作和共同解决问题的能力，。在今后社会的 发展和学习实践过程中，也为自己能很快的适应团队和 适应新项目积累宝贵经验！这是一次简单的尝试，总算 我们组根据不同人的分工都能使工作顺利进行下去，非 常感谢团队之间其他人的付出我们这次课程设计的内容是P阱CMOS芯片制作工 艺设计，提供初始条件，要求我们完成PMOS，NMOS 管参数的设计，还有芯片制作工艺流程简介，和光刻工 艺的深入了解，最后，还要求我们分析离子注入的掺

17、杂 系数，其中，计算比较多，计算的要求必然是对于知识p阱CMOS芯片制作工艺设计掺杂工艺参数计算 的深入掌握，和对于概念的理解，我们在整个过程中， 查阅了现代集成电路制造技术原理及实践半导体器 件，以及老师预留的PPT，终于在合作中将这些问题化 解。课程设计作为一门时间性比较强的课程也在我们这 次合作中有更多体现，操作性较强，大家需要了解的东 西很多，我们也在整个过程中学习了很多解决问题的方 法，比如，计算机绘图软件，计算软件，模拟软件的学 习，都是有必要的且有益的，同学之间相互帮助，共同 讨论问题，也有效的促进同学之间交流及合作，给大家 创造更多解决问题的机会，这不仅是一场脑力的学习， 更体现在真真切切的动手实践中，每天的计划被安排是 痛苦的，但我们享受这种生活，享受一种解决问题的成 就感。我们通过课程设计内容的学习，毕竟对自己以后 从事的工作，或者在自己的生活之中有很大帮助！课程设计的时间虽然很短，但在整个过程中我们也 收获颇多，其中最大的收获应该就是问题被解决后的喜 悦，同样，整个过程中，也感谢同学们的支持和老师的 谆谆教导和给及课程困难的解决的指导,相信在i以后的p阱CMOS芯片制作工艺设计掺杂工艺参数计算 工作及学习中，也将会以此为开始，认真并严格要求自 己做好事情。