CMOS工艺流程与工艺条件分析

CMOS电路是P沟道器件和N沟道器件的组合，它具有速度高、功耗低、抗干扰能力强等突出的优点。

一、基本CMOS工艺叙述

在常规CMOS工艺中，表面电荷对阈值电压数值的影响很大。由前面讨论知道，（111）面的典型值为4×10¹¹个/cm²，而（100）面的为1×1011个/cm3。

若电阻率p为10Ω.cm的N型衬底（即），栅氧化层厚度，。对于铝栅 PMOS晶体管， cmos工艺。

根据Vr式，可以求得:

cmos工艺

对铝栅NMOS管，P阱区表面浓度为 cmos工艺 ,可算得：

cmos工艺

可见，用（111）晶面的N型硅片制作CMOS要比（100）晶面的困难得多。为了有利于实现P沟道和N沟道增强型工作和阈电压的匹配。所以都采用（100）晶面的Si材料作衬底。

1、CMOS工艺流程

图6-16表示为CMOS常规工艺的基本步骤，说明如下：

①晶向为〈100〉的N型硅晶片，电阻率p=10Ω·cm左右，经过切、磨、抛之后，进行一次氧化，生长1μm左右的厚氧化层；

②一次光刻，刻出P阱区；

③P阱区扩散，表面浓度控制在范围，结深为10μm左右；

④二次光刻，刻出P沟道MOS管的源漏区及防止寄生效应的P型隔离环；

⑥浓硼扩散，形成PMOS管的源漏区及NMOS管的隔离环；

⑥三次光刻，刻出N沟道MOS管的源漏区和N型隔离环；

⑦浓磷扩散，形成NMOS管的源漏区及PMOS管的隔离环；

⑧四次光刻，刻出栅区及预刻引线孔，接着栅氧化和磷处理，形成低电荷密度的薄氧化层，栅氧化层厚度左右；

⑨五次光刻，刻出引线孔，并蒸铝；

⑩反刻铝，形成栅电极和互连线，为保证良好的欧姆接触，进行合金。

最后，经过划片、超声键合后封装。

cmos工艺

2、主要工艺条件

（1）清洗工艺

在CMOS工艺中，为了获得低的表面态密度，采用（100）晶向硅片，但还要特别严格注意清洗环节。比PMOS电路要严格得多。因为二个MOS阈值电压的匹配程度及N沟道MOS的特性、漏电情况都与各道工序的清洗有密切关系。

（2）氧化工艺

一次氧化是作P^-阱淡B扩散的掩蔽层，由于硼再分布是1200℃，8小时左右，时间很长，所以要求SiO₂厚达1μm。

器件的性能与栅氧化质量有很大关系。栅氧化层中有效正电荷密度的增加将降低N沟道MOS器件的，同时却使P沟道MOS器件的上升。所以的控制直接关系到CMOS两个器件阈电压能否匹配的问题。因此，栅氧化层必须特别注意清洁，以保证获得低密度的表面态。栅氧化层厚度一般在150nm左右。氧化前硅片清洗及氧化系统的清洁必须严格要求。同时应有磷处理工序，以改善氧化层钠离子沾污程度，也可以在气氛中进行氧化。

（3）扩散工艺

①淡硼扩散，即P阱区扩散

这是制造CMOS电路的最重要步骤。扩散的结较深，所以淡硼的浓度应严格控制。因为P阱区的扩散浓度决定着N沟道器件的性能。如阈值电压和击穿电压等。扩散方法是用BN作源，进行箱法扩散。预淀积时，炉温800℃，恒温13'~18'。要求表面浓度。再分布时，炉温为1200℃，恒温为8小时，通以干氧。要求在1700~2000Ω/口，结深在10μm左右。在实际工艺中，P阱区浓度要准确控制在10¹⁶/cm²左右是比较困难的。这样控制的误差一般在±10%以上。