CMOS电路分析及工艺流程

CMOS电路分析及工艺流程目录•1.前言•2.现代集成电路的发展•3.CMOS结构与工艺•4.CMOS电路分析•5.结论研究背景近几年来,随着通信、多媒体等市场需求增大,对芯片的功能要求不断变化、增加,促使芯片技术向着系统化、高速处理、多功能、低功耗方向发展;另一方面随着集成电路工艺技术的飞速发展,使芯片制造工艺和设计向着高集成化、微细化方向发展。CMOS工艺也不断发展，在集成电路制造业中占有越来越重要的地位。前言1963年Sah和Wanlass首先发明了CMOS晶体管，即互补的MOSFET。第一块CMOS集成电路是在1966年制成的。但由于工艺的局限，早期的集成电路存在很多的问题。但是随着时间的推进，各种优化工艺不断出现，如浅槽隔离（STI）等优化了集成电路。1985年---晕环（Halo）技术---广泛应用于超深亚微米MOS技术中1987年---IBM研制成功0.1umMOSFET标志着当代超深亚微米MOS技术的基本成熟。1987年Intel在386CPU中引入了1.2umCMOS技术，至此之后，CMOS技术占据了集成电路中的统治地位。20世纪90年代以后还出现了化学机械抛光（CMP）、大马士革镶嵌工艺（Damascene）和铜互连技术，是当代CMOS工艺技术又前进了一大步。2002年半导体制造技术开始进入130nm时代,超深亚微米SOC集成电路工艺技术突破。2004年，美国、日本、欧洲等国投资90、65nmCMOS工艺生产。CMOS集成电路发展基本遵循“摩尔定律”，即每18个月集成度增加一倍、器件特征尺寸缩小根2倍，性能价格比增加一倍。22现代集成电路的发展集成电路的发展是从晶体管的诞生开始的，集成电路是微电子学的一个分支，20世纪初，有了最早的半导体检波器，具有二极管的单向导电性，也就开始了基于二极管PN结理论的晶体管到集成电路的发展之路。在1930年左右，人们制造出了在工业上得到广泛应用的用氧化铜做成的整流器，也就是二极管。随着无线电技术的发展，对具有二极管单向导电特性的检波器的要求也就越来越高，极大的推动了硅、锗半导体材料的制备和半导体理论的研究。1948年，世界上第一只锗点接触晶体管被肖克来发明；1949年，建立了PN结理论，1951年，用合金法制造出了结型晶体管。7年之后，美国的两位专家几乎同时发明了集成电路技术，从此之后，晶体管半导体有器件领域跨入了电路应用领域，微电子技术发展的到了集成电路时代。当中包含了许多晶体管与集成电路的发展里程。还有集成电路规模及制造工艺的发展。多年来，IC的芯片晶体管规模一直在不断发展，同时也产生出多种晶体管类型，包括双极性和MOS型等，直至集成电路的存储器、处理器的出现和发展。总之，自TI公司在1958年研制出世界上第一块集成电路以来，其集成度一直遵循着“每3年翻2番”的摩尔定律，通过器件的发明创造和工艺的不断改进提高，先后经历了SSIMSILSIVLSIULSI到今天的GLSI,集成电路技术涵盖了近半世纪以来人类在科学技术前言所取得的重要成就。发展方向：由于科技的发展，为满足日益增大的信息处理能力的要求，主要两个方面可以努力改进，一个是实现图形最小尺寸的工艺精度，另一个是提高单位面积晶体管数目的集成度，当然，还要综合考虑电路功能以及工作频率和功耗的性能指标。发展动力：由于时代的不同，社会对于IC的需求也就不同。20世纪60年代，IC主要应用于军事，70年代，主要应用于大型计算机，80年代，主要应用于微型计算机，90年代，主要应用于PC/网络，到了21世纪，主要应用于数字电视、数码相机、数字摄录机、汽车电子、医疗电子等。这就是需求带动发展发展趋势：集成电路发展发展至今，已经进入了超深亚微米时代，体硅CMOS已经批量生产，采用的是90nm工艺、300nm晶圆；65nm工艺也将投入生产。集成电路发展遵循的是高频、高速、高集成度、多功能以及低功耗。CMOS结构•集成电路加工的基本操作图硅片和芯片光刻和刻蚀的原理典型的CMOS结构CMOS集成电路是利用NMOS和PMOS的互补性来改善电路的性能的，因此，它又叫做互补MOS集成电路。MOS晶体管的平面图和剖面图MOS晶体管的剖面图和顶视图•从一种角度看，MOS晶体管是由栅电极、栅绝缘层和硅半导体衬底构成。栅电极一般是高掺杂的多晶硅，栅绝缘层一般是二氧化硅，从纵向看，这三者构成了一个三明治的结构。从另一种角度来看，MOS晶体管又是由源区、沟道区和漏区构成，其中，沟道区是和衬底相通的，也称作MOS晶体管的体区•n阱CMOS工艺流程图：CMOS工艺流程•1.选择衬底硅片•2.制作n阱•3.场区氧化•4.制作硅栅•5.形成源、漏区•6.形成金属连线0.18umCMOS反相器的主要工艺流程CMOS电路分析:MOS管•结构与符号：N沟道增强型绝缘栅场效应管：（a）内部结构原理图（b）（c）电路图形符号•MOS工作原理：GSuDSu主要与是对沟道的控制作用N沟道MOSFET的输出特性曲线CMOS反相器•如图所示：CMOS反相器输出输出和输入相反即AVABVVCMOS反相器的直流特性•如图所示，是CMOS反相器中NMOS管和PMOS管工作状态的变化CMOS反相器的直流特性当时，输出不变保持在高电平。当时，输出电平随着输入电平的增加非线性下降。当时，输出电平从下降到。当时，输出电平还是随输入电平的增加非线性下降。当时，输出电平为零。TNVVin0TPoutTNVVVVinTNTPVVVVVoutinoutTPVVinTNVVinTPDDinTNVVVVVoutTPDDDDVVVVin如图：•理想CMOS反相器的直流电压传输特性曲线CMOS器件仿真•TannerPro是一套集成电路设计软件，包括S-Edit,T-Spice,W-Edit,L-Edit与LVS,各软件的主要功能整理如表所示。CMOS电路图输出SPICE文件•CMOS器件仿真图结论1.芯片是信息化社会的基础产业，在国民经济发展中发挥着重要的作用，随着科技的发展，芯片已经达到了系统级芯片系统以缩小到芯片级系统。而在这个发展过程中，与数字集成电路工艺兼容的CMOS模拟集成电路也变得越发重要。2.我们需要研究发展CMOS集成电路，使它具有更优异的性能。CMOS集成电路的特性主要有：1.功耗低，2.工作电压范围宽，3.逻辑摆幅大，4.抗干扰能力强，5.输入阻抗高，6.温度稳定性能好，7.扇出能力强。所以研究CMOS电路具有划时代的意义。3.集成电路的工艺虽然繁琐和复杂,但基本上是利用有限的几种工艺重复操作,认识它并不难。这些工艺可以分为四大基本类:薄膜制作、刻印、刻蚀和掺杂,其中氧化、淀积、光刻、刻蚀、平坦化、离子注入、金属化等工艺是最常用的工艺。致谢衷心感谢冯松老师在整个论文工作期间给予的悉心指导和谆谆教诲。老师工作认真，即使在自己工作非常繁忙的时候仍然坚持给我们耐心指导，这让我们这一组同学印象很是深刻，从而更加激励我们把毕业设计做好。同时也非常感谢各位老师能在百忙之中抽出宝贵时间参加我的毕业答辩，谢谢！