等平面硅栅N沟MOS工艺制作步骤及特点

N沟道等平面工艺，又称”选择氧化法MOS技术”，它的特点是在硅衬底的某一部分有选择地进行氧化，而在不需要氧化的区域用掩膜保护起来。它的基本方法由图6-5表示。首先在硅衬底上淀积一层薄的膜，厚度约为0.2~0.9μm，然后，刻去需要氧化部分的膜，接着用热氧化法进行氧化，生成一层约为1.0μm~1.1μm的氧化层。由于膜的热氧化速度极慢，并对氧气氛有掩载作用，所以膜下面的部分并没有被氧化，而在氧化的区城内，随着氧化层厚度的增加，硅-二氧化硅的界面逐渐向衬底深处推移，所以约有一半的，膜位于表面之上，另一半则陪于表面之下。这样，厚的层大部被埋在Si的表面内，使表面比较平整。器件就做在高出氧化层的合面上。

推MOS常规工艺的讨论中知道，为了获得较高的场阈值电压，一次氧化往往需要做得很厚，最后在刻出引线孔时，造成很高的二氧化硅台阶，因此金属互联线要超过氧化物形成的陡销阶梯。硅栅N沟MOS工艺。在这些台阶的地方，金属层较薄，容易引起断线而发生开路，即使开始没有断裂，因金属薄的地方电流密度大，引起电迁移现象，在某些地方产生断线，而使器件早期失效。采用了上述等平面工艺，由于二氧化硅层是埋在衬底内的，消除了常规工艺中陡峭的二氧化硅台阶，大大提高了器件的可靠性。

1、硅栅N沟MOS工艺制作步骤

（1）一次氧化及淀积膜

取电阻率为3~5Ωcm（100）晶面的P型硅单晶片，经过化学清洗后，进行一次氧化（做器件的绝缘栅），厚度为100~120nm；然后，用四氧化硅在氨气中进行分解反应，在硅片上淀积一层薄膜，温度约为850℃。

（2）套刻氮化硅和二氧化硅

套刻后，只有在以后要形成源、漏、沟道区及扩散互连线的部分才留下二氧化硅和氮化硅层，其它部分都被刻去。

（3）场掺杂

首先在460℃的条件下，在硅片表面热分解淀积一层掺硼的二氧化硅层；接着，利用短时间的高温，将硼向硅表面扩散，使没有掩膜的部分（称为场区），掺进一定数量的硼。

（4）场氧化（厚氧化层生成）

首先将掺杂的氧化物腐蚀掉，接着在975℃的湿氧条件下，对无掩膜的硼掺杂区进行局部氧化，生长约1000~1100nm的厚氧化层。硅栅N沟MOS工艺。大约一半在硅原来的表面以下，另一半在表面以上。

（5）淀积多晶硅

先将氮化硅膜腐蚀掉，留下的二氧化硅薄膜作为器件的绝缘栅介质。将片子放在高温的氮气中退火后，就在硅片表面上淀积一层多晶硅膜，约为480~500nm。最后再进行热氧化处理。

（6）套刻多晶硅

刻出源、漏区的扩散窗口和外连线扩散条。

（7）磷扩散

在硅片表面上热分解淀积一层重磷掺杂的二氧化硅，然后，将硅片推入大约1050℃的恒温区内，在氮气中处理10~15分钟。这样，就进行了磷扩散，形成了扩散深度约为1Ωm的源漏和掺杂互连线的N+区，同时对多晶硅也进行了掺杂。

（8）光刻引线孔

提供源漏和栅的金属接触。

（9）蒸铝、反刻

有些工艺中，在蒸铝前先蒸发一薄层钛，然后再蒸铝，构成钛-铝双层金属。这对N沟道MOS集成电路特别有利，因为钛层能防止铝层因浅N+扩散结的位错和收缩面造成的失效。

反刻后，在480℃的氢气中进行30分钟的合金处理，以保证金属和硅接触良好，并消除硅-二氧化硅界面的表面态。硅栅N沟MOS工艺。最后，再用低温淀积法，使片子表面生长一层500nm厚的二氧化硅保护膜。

具体过程如图6-6（a）~（c）所示。

2、硅栅N沟MOS工艺工艺特点讨论

采用等平面工艺制造N沟道MOS电路，除了前面已经介绍的表面比较平整，没有陡前的氧化层台阶，金属引线不易发生断裂的优点以外，从整个制作过程看，还有另外一些较为突出的优点。

（1）在厚氧化区（场区）对硅表面进行局部掺杂。通过局都掺杂，提高了这些区域的表面浓度，使场阈值电压大大提高。面在制作管子源、漏、沟道区的合面部分，仍然保持着原有的村底浓度，因此不会降低管子的沟道迁移率，从面提高了电路的速度。

（2）从图6-7所示的结构可以看出，由于进行了场掺杂，场扩散区可起隔离的作用，使相邻器件N⁺区之间的寄生沟道漏电减小到最低限度。硅栅N沟MOS工艺。因此可以靠短器件之间的间距，从而大大提高了电路的集成度。

（3）因为制作器件的台面区的衬底浓度较低，估计管子的阈值电压VT约为0.2V~0.6V，显然是低了一点。为了提高阈值电压的数值，可以借助背面栅效应，在衬底加负偏压，使VT调节至1.4V~2.0V。加了负的衬底偏压以后，可使厚氧化区的场阔值电压提高到10V~20V，这就满足了电路工作的要求。

（4）在扩散的N⁺区和场掺杂的P⁺区之间构成的二极管，可以用来作为栅保护器件。

由于场掺杂P区表面的受主浓度很高，使这个二极管的雪崩击穿电压在20V~30V之间，而且是硬击穿。硅栅N沟MOS工艺。所以这种栅保护器件就不必象普通MOS电路的栅保护器件那样，在扩散结周围覆盖一个接地的栅电极。

（5）在上述工艺中，还使用了硅栅工艺，所以还具有硅栅工艺所具有的一切优点。

上述虽然较MOS常规工艺繁杂，但随着科学技术的发展，等平面硅栅NMOS工艺已成为制造大规模MOS集成电路的重要手段。

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