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  • CMOS晶體管的制造工藝流程
    • 發布時間:2020-01-02 14:08:15
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    CMOS晶體管的制造工藝流程
    在IC上制造的最復雜的元件是晶體管。晶體管具有各種類型,例如CMOS,BJT,FET。我們根據要求選擇在IC上實施的晶體管技術類型。在本文中,讓我們熟悉CMOS晶體管制造(或將晶體管制造為CMOS)的概念。
    晶體管的制造工藝
    CMOS晶體管制造工藝
    為了降低功耗要求,CMOS技術用于實現晶體管。如果我們需要更快的電路,則可以使用 BJT在IC上實現晶體管。制造CMOS晶體管的集成電路可以在三種不同的方法來完成。
    N阱/ P阱技術,其中分別在p型襯底上進行n型擴散或在n型襯底上進行p型擴散。
    雙阱技術,其中NMOS和PMOS晶體管,通過同時擴散在外延生長基極發展了晶片,而不是基底上。
    絕緣體上硅工藝,而不是使用硅作為襯底,而是使用絕緣體材料來提高速度和閂鎖敏感性。
    N阱/ P阱技術
    可以通過在同一硅晶片上集成NMOS和PMOS晶體管來獲得CMOS 。在N型阱技術中,n型阱擴散在p型襯底上,而在P型阱中則相反。
    CMOS制作步驟
    在CMOS制造工藝 流是使用20基本的制造步驟進行,同時使用N-阱/ P阱技術制造。
    用N阱制作CMOS
    步驟1:首先,我們選擇基板作為制造基礎。對于N阱,選擇P型硅襯底。
    步驟2 –氧化:使用SiO2作為阻擋層可實現n型雜質的選擇性擴散,該阻擋層可保護晶片的某些部分免受襯底污染。通過在大約1000 0 c 的氧化室內將基板暴露于優質氧氣和氫氣的氧化工藝來布置SiO 2
    步驟3 –光致抗蝕劑的生長:在此階段,可以進行選擇性蝕刻,然后對SiO2層進行光刻處理。在該過程中,晶片上涂有均勻的感光乳劑膜。
    步驟4 –掩模:此步驟是光刻工藝的繼續。在此步驟中,使用模版制作所需的開放性圖案。該模板用作光致抗蝕劑上的掩模。現在使基材暴露于紫外線下,存在于掩模暴露區域下的光致抗蝕劑發生聚合。
    步驟5 –去除未曝光的光致抗蝕劑:去除掩模,并使用三氯乙烯等化學物質顯影晶圓,以溶解未曝光的光致抗蝕劑區域。
    步驟6 –蝕刻:將晶片浸入氫氟酸蝕刻溶液中,該溶液從要擴散摻雜劑的區域去除氧化物。
    步驟7 –去除整個光刻膠層:在蝕刻過程中,SiO2受光刻膠層保護的部分不受影響。現在用化學??溶劑(熱的H2SO4)剝離光刻膠掩模。
    步驟8 – N阱的形成: n型雜質通過暴露區域擴散到p型襯底中,從而形成N阱。
    步驟9 –去除SiO2:現在使用氫氟酸去除SiO2層。
    步驟10 –沉積多晶硅:CMOS晶體管的柵極未對準會導致多余的電容,從而損壞電路。因此,為了防止這種“自對準柵極工藝”,在使用離子注入形成源極和漏極之前先形成柵極區域的情況下,最好采用這種方法。
    多晶硅用于形成柵極,是因為當晶片經受用于形成源極和漏極的退火方法時,多晶硅可以承受大于8000 0 c的高溫。通過使用化學沉積工藝在柵極氧化物的薄層上沉積多晶硅。多晶硅層下方的薄柵極氧化物可防止在柵極區域下方進一步摻雜。
    步驟11 –形成柵極區域:除了為NMOS和PMOS晶體管形成柵極所需的兩個區域之外,還去除了多晶硅的其余部分。
    步驟12 –氧化工藝:在晶片上方沉積一層氧化層,作為進一步擴散和金屬化工藝的屏蔽層。
    步驟13 –掩膜和擴散:為了通過掩膜工藝形成用于擴散n型雜質的區域,需要制作一些小間隙。
    利用擴散工藝,開發了三個n +區域用于NMOS端子的形成。
    步驟14 –去除氧化物:去除氧化物層。
    步驟15 – P型擴散:類似于用于形成PMOS端子的n型擴散。
    步驟16 –厚場氧化物的鋪設:在形成金屬端子之前,應先鋪設厚場氧化物以形成用于不需要端子的晶圓區域的保護層。
    步驟17 –金屬化:此步驟用于形成可以提供互連的金屬端子。鋁散布在整個晶片上。
    步驟18 –去除多余的金屬:從晶圓上去除多余的金屬。
    步驟19 –端子的形成:在去除多余金屬端子后形成的間隙中,形成互連用的端子。
    步驟20 –分配端子名稱:將名稱分配給NMOS和PMOS晶體管的端子。
    使用P阱技術制作CMOS 
    p阱工藝與N阱工藝相似,不同之處在于,這里使用n型襯底并且進行p型擴散。通常為了簡單起見,優選N阱工藝。
    CMOS雙管制造
    使用雙管工藝可以控制P型和N型器件的增益。使用雙管法制造CMOS的 各個步驟如下:
    • 取輕摻雜的n或p型襯底,并使用外延層。外延層可保護芯片中的閂鎖問題。
    • 生長具有測量的厚度和確切的摻雜劑濃度的高純度硅層。
    • P和N井管的形成。
    • 薄氧化物結構,可防止擴散過程中的污染。
    • 源極和漏極使用離子注入方法形成。
    • 進行切割以制造用于金屬觸點的部分。
    • 進行金屬化以繪制金屬觸點
    CMOS IC布局
    給出了CMOS制造和布局的俯視圖 。在這里可以清楚地看到各種金屬接觸和N阱擴散。因此,這全部與CMOS制造技術有關。讓我們考慮一個1平方英寸的晶圓,該晶圓分為400個芯片,表面積為50 mil x 50 mils。制造晶體管需要50 mil2的面積。因此,每個IC包含2個晶體管,因此在每個晶片上構建2 x 400 = 800個晶體管。如果每批處理10個晶圓,則可以同時制造8000個晶體管。您在IC上還觀察到哪些組件?
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