CMOS工艺铝栅与硅栅工艺步骤及版图设计举例解析

1、CMOS工艺铝栅

MOS场效应管中的栅极材料除用铝以外，还可以用多晶硅，只要多晶硅中掺入一定的杂质，使其导电能力较强即可。

铝栅CMOS工艺中用铝作栅极材料，由于铝材料不耐高温，因此必须先做高温漏源扩散工艺，最后淀积铝栅电极。例如制作一个p沟MOS管，其具体工艺步骤是，先光刻P沟漏源区，进行硼扩散以形成p沟MOS管的漏和源；再光刻栅去除MOS管沟道区上的原氧化层，进行栅氧化和光刻引线孔；最后，形成铝连线的同时，在栅氧化层上覆盖铝栅电极。

其工艺步骤为：

（1）光刻p⁺漏源区；

（2）硼扩散；

（3）光刻栅；

（4）栅氧化；

（5）光刻引线孔；

（6）铝电极淀积和光刻。

如图4.1-2a所示。图4.1-2b为p沟MOS管的相应版图。

2、CMOS工艺硅栅

硅栅CMOS工艺中，用多品硅作栅极材料。由于多品硅耐高温，因此在工艺步骤上可以先做多品硅栅极，随后进行高温漏源扩散，如图4.1-3a所示，图4.1-3b为p沟MOS管的相应版图。

在铝棚工艺中，光刻栅及铝栅电极的掩膜版设计必须与漏源区有一定的交叠，以保证MOS管漏源之间的沟道区确实受到栅极电压的控制，交叠量的大小视光刻所能达到的套准精度而定。因此，铝栅工艺制作的MOS管存在着较大的栅-源和棚-漏寄生电容。

在硅栅工艺中是先做好多晶硅栅电极，然后以硅栅电极作掩膜来进行漏源扩散的，这种工艺实现了栅电极与漏源区的自对准，即消除了栅电极与漏源区之间的交叠寄生电容，大大提高了电路的速度。当然，由于漏源扩散时的侧向扩散，栅-源、栅-漏间还是存在着交叠部分，但比起铝栅工艺来，这个交叠量就小多了。

此外，在硅栅工艺中，多晶硅除了作栅电极外，还可用作电路的连线。这样，相当于自然的双层布线，便于电路的排版，节省芯片面积。

在逻辑电路中，铝栅和硅栅CMOS已形成了两大产品系列，铝栅CMOS产品速度低，但工艺比较简单，因此价格便宜。硅栅CMOS速度高，但工艺较复杂，价格较贵。在CMOS模拟电路中，前期采用铝栅的比较多，而现在采用硅栅的正在逐步增加。

在大规模集成电路中，连线又多又长，采用多晶硅连线，方块的电阻较大，不利于速度的提高，用难熔金属如钮，或硅化物如硅化钨、硅化钛等作为栅极材料的电路已开始研制。

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