p阱CMOS芯片制作工艺设计掺杂工艺参数计算Word格式文档下载.docx
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由得Å
则
得
再由，式中（VGS-VT）≥VDS（sat），得
又，得
阈值电压
取发现当时符合要求,又得
2：
NMOS管参数设计与计算。
因为,其中，6×
，所以Å
饱和电流：
，式中（VGS-VT）≥VDS（sat），
IDsat≥1mA故可得宽长比：
由可得宽长比：
取nmos衬底浓度为查出功函数差与掺杂浓度的关系可知：
取发现当时；
符合要求又可知故取
3：
p阱CMOS芯片制作的工艺实施方案；
工艺流程
衬底制备。
由于NMOS管是直接在衬底上形成，所以为防止表面反型，掺杂浓度一般高于阈值电压所要求的浓度值，其后还要通过硼离子注入来调节。
CMOS器件对界面电荷特别敏感，衬底与二氧化硅的界面态应尽可能低，因此选择晶向为<
100>
的P型硅做衬底，电阻率约为20Ω•CM
初始氧化。
为阱区的选择性刻蚀和随后的阱区深度注入做工艺准备。
阱区掩蔽氧化介质层的厚度取决于注入和退火的掩蔽需要。
这是P阱硅栅CMOS集成电路的制造工艺流程序列的第一次氧化。
阱区光刻。
是该款P阱硅栅CMOS集成电路制造工艺流程序列的第一次光刻。
若采用典型的常规湿法光刻工艺，应该包括：
涂胶，前烘，压板，曝光，显影，定影，坚膜，腐蚀。
去胶等诸工序。
阱区光刻的工艺要求是刻出P阱区注入参杂，完成P型阱区注入的窗口
4：
P阱注入。
是该P阱硅栅COMS集成电路制造工艺流程序列中的第一次注入参杂。
P阱注入工艺环节的工艺要求是形成P阱区。
5：
剥离阱区氧化层。
6：
热生长二氧化硅缓冲层。
消除Si-Si3N4界面间的应力，第二次氧化。
7：
LPCVD制备Si3N4介质。
8：
有源区光刻：
即第二次光刻
9：
N沟MOS管场区光刻。
10：
N沟MOS管场区P+注入。
第二次注入。
N沟MOS管场区P+的注入首要目的是增强阱区上沿位置处的隔离效果。
同时，场区注入还具有以下附加作用：
A场区的重掺杂注入客观上阻断了场区寄生mos管的工作
B重掺杂场区是横向寄生期间失效而一直了闩锁效应：
C场区重掺杂将是局部的阱区电极接触表面的金—半接触特性有所改善。
11：
局部氧化
第三次氧化，生长场区氧化层
12：
剥离Si3N4层及SiO2缓冲层。
13：
热氧化生长栅氧化层。
14：
P沟MOS管沟道区光刻。
15：
P沟MOS管沟道区注入
16：
生长多晶硅。
17：
刻蚀多晶硅栅
18：
涂覆光刻胶。
19：
刻蚀P沟MOS管区域的胶膜。
20：
注入参杂P沟MOS管区域。
21：
22：
刻蚀N沟MOS管区域的胶膜
23：
注入参杂N沟MOS管区域
24：
生长磷硅玻璃PSG。
25：
引线孔光刻
26：
真空蒸铝。
27：
铝电极反刻
P阱硅栅CMOS反相器单元的管芯制造工艺流程
4．光刻工艺及流程图（典型接触式曝光工艺流程为例）
1氧化生长
2曝光
3氧化层刻蚀
4P阱注入
5形成P阱
6氮化硅的刻蚀
7场氧的生长
8去除氮化硅
9栅氧的生长
10生长多晶硅
11刻蚀多晶硅
12N＋离子注入
13P+离子注入
14生长磷化硅玻璃PSG
15光刻接触孔
16刻铝
17钝化保护层淀积
掺杂工艺参数计算；
P阱参杂工艺计算
由P阱的方块电阻可计算出B注入的补偿杂质剂量。
由衬底电阻率20Ω·
cm查表得。
P阱结深5μm则补偿杂质浓度=。
与比较可以忽略，故，注入剂量为。
取注入能量E=45KeV则查图表得离子注入后采用快速热退火使杂质充分活化和晶格损伤降至最低。
最后在T=1200℃下进行有限表面源扩散达到结深要求。
当T=1200℃时=。
此时所需要的时间为
124min
根据最小掩蔽膜公式对于CMOS器件：
T=1200℃时可以解出最小氧化膜厚度应为。
对于实际器件，掩蔽膜厚度应为的1.5～2倍。
故，氧化膜厚度可取1.24μm。
②PMOS参杂工艺计算
，则可解得注入的补偿杂质剂量为。
衬底参杂浓度为，计算的，它的值可以忽略。
取注入能量为则查图表得及。
可计算出结深0.451。
随后在T=950℃条件下采用热退火处理12min使其结深达到要求，杂质浓度分布均匀。
在此条件下，可由最小掩蔽膜厚度公式计算所需多晶硅膜厚度。
当掩蔽效率达到99.999%时，查图表得出集体参数，计算的最小多晶硅膜厚度为3194Å
4000Å
③NMOS参杂工艺计算
NMOS管的源、漏区硼掺杂后的方块电阻为25Ω/ð
P阱的电阻率ρ。
查表知。
计算得，它的值可以忽略。
可计算出结深0.402。
当掩蔽效率达到99.999%时，查图表得出集体参数，计算的最小多晶硅膜厚度为3494Å
三：
工艺实施方案
工艺步骤
工艺名称
工艺目的
设计目标结构参数
工艺方法
工艺条件
1
衬底制备
电阻率20Ω·
cm
晶向<
2
一次氧化外延
为形成P阱提供掩蔽膜
厚度1.24
干氧—湿氧—干氧
均在1200℃下。
干氧15min
湿氧135min
3
一次光刻
为硼扩散提供窗口
电子束曝光
正胶
40s
4
一次粒子注入
注入形成P阱
R=3300Ω/ð
离子注入
E=40KeV
5
一次扩散
热驱入达到P阱深度
结深5
有限表面源扩散
T=1200℃
t=134min
6
二次氧化
作为氮化硅薄膜的缓冲层
膜厚600Å
干氧氧化
t=9min
7
氮化硅薄膜淀积
作为光刻有源区的掩蔽膜
膜厚1000Å
LPCVD
T=600℃
8
二次光刻
为磷扩散提供窗口
9
场氧一
利用氮化硅的掩蔽，在没氮化硅区域生长氧化层
厚度1000Å
湿氧氧化
水温95℃
10
三次光刻
除去P阱有源区的氮化硅等
11
场氧二
生长氧化层
厚度1
T=1100℃
t=140min
12
二次离子注入
调整阈值电压
表面参杂浓度和结深及方块电阻
注入磷离子
13
栅极氧化
形成栅极氧化层
膜厚417Å
干氧
T=1000℃
t=22.2min
14
多晶硅淀积
淀积多晶硅层
厚度4000Å
t=10min
15
四次光刻
形成PMOS多晶硅栅，刻出PMOS有源区扩散口
16
三次离子注入
形成PMOS有源区
表面结深，方块电阻
注入硼离子
剂量为1.136
17
五次光刻
形成NMOS的多晶硅栅，刻出NMOS有源区扩散口
18
四次离子注入
形成NMOS有源区
浓度，结深
剂量为4.17
19
热退火，二次扩散
达到所需结深，均匀分布
结深，浓度
热驱入
T=950℃
t=12min
20
淀积磷硅玻璃
保护
21
六次光刻
刻出金属的接触孔
22
蒸铝，刻铝
淀积铝硅合金并形成集成电路的互连
溅射
四、参考资料
1、王蔚，田丽，任明远编著，《集成电路制造技术——原理与工艺》，电子工业出版社，2010
2、刘睿强，袁勇，林涛编著《集成电路制程设计与工艺仿真》，电子工业出版社，2011
3、DonaldA.Neamen著，赵毅强等译《半导体器件物理》电子工业出版社
4、关旭东，《集成电路工艺基础》，北京大学出版社，2005
5、陈贵灿，邵志标，程军，林长贵编，《CMOS集成电路设计》，西安:
西安交通大学出版社，2000
6、李乃平主编，《微电子器件工艺》，华中理工大学出版社，1995
7、黄汉尧，李乃平编《半导体器件工艺原理》，上海科学技术出版社，1986
8、夏海良，张安康等编，《半导体器件制造工艺》，上海科学技术出版社，1986
五：
心得体会
顺利的完成了此次课程设计报告的内容，已经让人觉得很吃力，通过本次课程设计的学习，使我对于P阱CMOS芯片工艺设计制作的相关流程得以熟悉，更加扎实的掌握了有关微电子技术方面的知识，设计过程中，我们小组关于公式的选取和参数的估计，存在很大的争议，后来经过三个人共同的商议，最终选择了最优的方案，过程中，一遍又一遍翻阅课本，网上查阅资料，深深地觉得自己在课程学习中的知识的欠缺，然后我们通过自己相互之间进行讨论，其他小组之间进行相互讨论，一遍又一遍的订正错误，才得以使课程设计圆满完成，一个小小的课程设计，不仅仅考验人知识的掌握能力，更挑战团队合作和共同解决问题的能力，。
在今后社会的发展和学习实践过程中，也为自己能很快的适应团队和适应新项目积累宝贵经验！
这是一次简单的尝试，总算我们组根据不同人的分工都能使工作顺利进行下去，非常感谢团队之间其他人的付出
我们这次课程设计的内容是P阱CMOS芯片制作工艺设计，提供初始条件，要求我们完成PMOS，NMOS管参数的设计，还有芯片制作工艺流程简介，和光刻工艺的深入了解，最后，还要求我们分析离子注入的掺杂系数，其中，计算比较多，计算的要求必然是对于知识的深入掌握，和对于概念的理解，我们在整个过程中，查阅了《现代集成电路制造技术原理与实践》《半导体器件》，以及老师预留的PPT，终于在合作中将这些问题化解。
课程设计作为一门时间性比较强的课程也在我们这次合作中有更多体现，操作性较强，大家需要了解的东西很多，我们也在整个过程中学习了很多解决问题的方法，比如，计算机绘图软件，计算软件，模拟软件的学习，都是有必要的且有益的，同学之间相互帮助，共同讨论问题，也有效的促进同学之间交流与合作，给大家创造更多解决问题的机会，这不仅是一场脑力的学习，更体
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