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《工艺课程设计报告》题目：N阱硅栅CMOS集成电路制造工艺流程姓名：杨海平班级：微电子1101学号：03011101151.N阱工艺的由来：为了实现与大型集成电路（LSI）的主流工艺增强型/耗层型(E/D)的完全兼容，n阱CMOS工艺得到了重视和发展。它采用E/DNMOS的相同的p型衬底材料制备NMOS器件，采用离子注入形成的n阱制备PMOS器件，采用沟道离子注入调整两种沟遭器件的阈值电压。n阱CMOS工艺与p阱CMOS工艺相比有许多明显的优点。首先是与E/DNMOS工艺完全兼容，因此，可以直接利用已经高度发展的NMOS工艺技术；其次是制备在轻掺杂衬底上的NMOS的性能得到了最佳化--保持了高的电子迁移率，低的体效应系数，低的n+结的寄生电容，降低了漏结势垒区的电场强度，从而降低了电子碰撞电离所产生的电流等。这个优点对动态CMOS电路，如时钟CMOS电路，多米诺电路等的性能改进尤其明显。这是因为在这些动态电路中仅采用很少数目的PMOS器件，大多数器件是NMOS型。另外由于电子迁移率较高，因而n阱的寄生电阻较低；碰撞电离的主要来源—电子碰撞电离所产生的衬底电流，在n阱CMOS中通过较低寄生电阻的衬底流走。而在p阱CMOS中通过p阱较高的横向电阻泄放，故产生的寄生衬底电压在n阱CMOS中比p阱要小。在n阱CMOS中寄生的纵向双极型晶体管是PNP型，其发射极电流增益较低，n阱CMOS结构中产生可控硅锁定效应的几率较p阱为低。由于n阱CMOS的结构的工艺步骤较p阱CMOS简化，也有利于提高集成密度．例如由于磷在场氧化时，在n阱表面的分凝效应，就可以取消对PMOS的场注入和隔离环。杂质分凝的概念：杂质在固体-液体界面上的分凝作用~再结晶层中杂质的含量决定于固溶度→制造合金结（突变结）；杂质在固体-固体界面上也存在分凝作用~例如，对Si/SiO2界面：硼的分凝系数约为3/10，磷的分凝系数约为10/1；这就是说，掺硼的Si经过热氧化以后，Si表面的硼浓度将减小，而掺磷的Si经过热氧化以后，Si表面的磷浓度将增高）。n阱CMOS基本结构中含有许多性能良好的功能器件，对于实现系统集成及接口电路也非常有利。2.接下来介绍硅栅CMOS集成电路制造工艺流程：大致可分为13步：1.衬底准备；2.氧化、光刻N-阱；3.N-阱注入，N-阱推进,退火，清洁表面；4.长薄氧、长氮化硅、光刻场区；5.场区氧化,清洁表面；6.栅氧化,淀积多晶硅，多晶硅N+掺杂，反刻多晶；7.P+active注入；8.N+active注入；9.淀积BPSG，光刻接触孔，回流；10.蒸镀金属1，反刻金属1；11.绝缘介质淀积，平整化，光刻通孔；12蒸镀金属2，反刻金属2；13.钝化层淀积，平整化，光刻钝化窗孔。其具体步骤如下图所示：1.衬底准备在N阱硅栅CMOS集成电路制造工艺中可用P型单晶片或P+/P外延层。2.氧化、光刻N-阱(nwell)3.N-阱注入，N-阱推进,退火，清洁表面4.长薄氧、长氮化硅、光刻场区(active反版)P型单晶片P+/P外延片2.12.22.32.42.52.62.73.13.23.32.1衬底准备2.2生长sio22.3涂光刻胶2.4加掩模版2.5一次光刻2.6去除相应部分光刻胶2.7HF腐蚀sio2，开窗3.1截面图3.2N+注入3.3N阱推进，退火，清洁表面4.1长薄氧4.2长氮化硅4.3涂光刻胶4.4加掩模版4.5二次光刻5场区氧化（LOCOS）,清洁表面(场区氧化前可做N管场区注入和P管场区注入）6.栅氧化,淀积多晶硅，多晶硅N+掺杂，反刻多晶（polysilicon—poly)4.14.24.34.44.55.15.26.16.26.35.1刻蚀场区的Si3N45.2场区氧化，清洁表面6.1去除Si3N4和有源区处的SiO26.2生长一层多晶硅6.3重新生长一层薄薄的SiO2（栅氧）6.4加掩模版6.5光刻多晶硅栅极（三次光刻）7.P+active注入（Pplus）（硅栅自对准）8.N+active注入（Nplus—Pplus反版）（硅栅自对准）6.46.57.17.27.37.47.57.67.1刻蚀栅极以外的多晶硅，去胶7.2涂光刻胶7.3加掩模版7.4光刻P+离子注入窗口（四次光刻）7.5刻蚀窗口处的SiO2，去胶7.6在窗口处注入P型杂质，形成PMOS的源漏区和衬底欧姆接触8.1刻蚀栅极以外的多晶硅，去胶8.2涂光刻胶8.3加掩模版8.4光刻N+离子注入窗口（四次光刻）8.5刻蚀窗口处的SiO2，去胶8.6在窗口处注入P型杂质，形成NMOS的源漏区和衬底欧姆接触9.淀积BPSG，光刻接触孔(contact)，回流10.蒸镀金属1，反刻金属1（metal1)8.18.28.38.48.58.69.19.29.39.49.59.69.1去胶9.2淀积BPSG9.3涂光刻胶9.4加掩模版9.5光刻接触孔（六次光刻）9.6刻蚀接触孔处的SiO211.绝缘介质淀积，平整化，光刻通孔(via)10.110.210.310.410.511.111.211.310.1去胶10.2生长一层金属10.3涂光刻胶10.4加掩模版10.5光刻金属引线（七次光刻）11.1去胶11.2绝缘介质淀积11.3涂光刻胶11.4加掩模版11.5八次光刻11.6刻蚀通孔绝缘介质11.7去胶12.蒸镀金属2，反刻金属2（metal2)11.411.511.611.712.112.212.312.412.1蒸镀金属212.2涂光刻胶12.3加掩模版12.4九次光刻13.钝化层淀积，平整化，光刻钝化窗孔(pad)参考资料：1.《模拟集成电路设计精粹》（美）桑森著，陈莹梅译，清华大学出版社.13.113.213.1刻蚀引线外的金属13.2钝化层淀积，平整化，光刻钝化窗孔