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cmos和pmos-pmos工藝產(chǎn)品與原理詳解
  • 發(fā)布時(shí)間:2020-03-11 17:35:34
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cmos和pmos-pmos工藝產(chǎn)品與原理詳解
目前,MOSFET是ULSI電路中最主要的器件,由于它可比其他品種器件減少至更小的尺寸. MOSFET的主要技術(shù)為CMOS(CMOSFET,complementary MOSFET)技術(shù),用此技術(shù),n溝道與p溝道MOSFET(分別稱為NMOS與PMOS)能夠制造在同一芯片內(nèi).CMOS技術(shù)對(duì)ULSI電路而言特別具有吸收力,由于在一切IC技術(shù)中,CMOS技術(shù)具有最低的功率耗費(fèi).
圖14. 14顯現(xiàn)近年來(lái)MOSFET的尺寸按比例減少的趨向.在20世紀(jì)70年代初期,柵極長(zhǎng)度為7.5/μm其對(duì)應(yīng)的器件面積大約為6000/μm2隨著器件的減少,器件面積也大幅度地減少.關(guān)于一個(gè)柵極長(zhǎng)度為o.5J‘m的MOSFET而言,器件面積能夠減少至小于早MOSFET面積的1%.預(yù)期器件的減少化將會(huì)持續(xù)下去.在21世紀(jì)初,柵極長(zhǎng)度將會(huì)小于o.10μm.我們將在14.5節(jié)討論器件的將來(lái)趨向.
cmos與pmos
基本工藝
圖14. 15顯現(xiàn)一個(gè)尚未停止最后金屬化工藝的n溝道MOS的透視圖.最上層為磷硅玻璃(摻雜磷的二氧化硅,P-glass),它通常用來(lái)作為多晶硅柵極與金屬連線間的絕緣體及町動(dòng)離子的吸雜層( gettering layer).將圖14. 15與表示雙極型晶體管的圖14.7作比擬,可留意到在根本構(gòu)造方面MOSFET較為簡(jiǎn)單.固然這兩種器件都運(yùn)用橫向氧化層隔離,但MOSFFET不需求垂直隔離,而雙極型晶體管則需求一個(gè)埋層n+-p結(jié).MOSFET的摻雜散布不像雙極型晶體管那般復(fù)雜,所以摻雜散布的控制也就不那么重要.我們將討論用來(lái)制造如圖14. 15所示器件的主要工藝步驟.
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第一步制造一個(gè)n溝道MOSFET( NMOS),其起始資料為p型、輕摻雜(約1015cm-3)晶向、拋光的硅晶片.<100>品向的晶片<111>晶向的晶片好,由于其界面圈套密度(interface trap density)大約是<111>晶向上的非常之.第—步工藝是應(yīng)用LOCOS技術(shù)構(gòu)成氧化層隔離.這道工藝步驟與雙極型晶體管工藝相似,都是先長(zhǎng)一層薄的熱氧化層作為墊層(約35nm),接著淀積氮化硅(約150 nm)[圖14.16(a).有源器件區(qū)域是應(yīng)用抗蝕劑作為掩蔽層定義出的,然后經(jīng)過(guò)氮化硅—氧化層的組合物停止硼離子溝道阻斷注入[圖14,16(b)]).接著,刻蝕未被抗蝕劑掩蓋的氮化硅層,在剝除抗蝕劑之后,將晶片置入氧化爐管,在氮化硅被去除掉的區(qū)域長(zhǎng)一氧化層(稱為場(chǎng)氧化層,field oxide),同時(shí)也注入硼離子,場(chǎng)氧化層的厚度通常為o.5μm一1μm.
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第二步是生長(zhǎng)柵極氧化層及調(diào)整閾值電壓(threshold voltage)(參考6.2.3節(jié)),先去除在有源器件區(qū)域上的氮化硅—二氧化硅的組合物,然后長(zhǎng)一層薄的柵極氧化層(小于10nm).如圖14. 16(c)所示,對(duì)一個(gè)加強(qiáng)型n溝道的器件而言,注入硼離子到溝道區(qū)域來(lái)增加閾值電壓至一個(gè)預(yù)定的值(如+o.5V).關(guān)于一個(gè)耗盡型n溝道器件而言,注入砷離子到溝道區(qū)域用以降低閾值電壓(如-o.5 V).
第三步是構(gòu)成柵極,先淀積一層多晶硅,再用磷的擴(kuò)散或是離子注入,將多晶硅變?yōu)楦邼舛葥诫s,使其薄層電阻到達(dá)典型的20Ω/口一30Ω/口,這樣的阻值關(guān)于柵極長(zhǎng)度大于3μm的MOSFET而言是恰當(dāng)?shù)模顷P(guān)于更小尺寸的器件而言,多晶硅化物( polycide)可用來(lái)當(dāng)作柵極資料以降低薄層電阻至l.Ω/口左右,多晶硅化物為金屬硅化物與多晶硅的組合物,常見(jiàn)的有鎢的多晶硅化物(Wpolycide).
第四步是構(gòu)成源極與漏極,在柵極圖形完成后[圖14. 16(d),柵極可用作砷離子注入(約30keV,約5×1015m—。)構(gòu)成源極與漏極時(shí)的掩蔽層[圖14. 17(a),因而源極與漏極對(duì)柵極而言也具有自對(duì)準(zhǔn)的效果,所以獨(dú)一形成柵極—漏極堆疊( overlap)的要素是由于注入離子的橫向分布(lateral straggling)(關(guān)于30keV的砷,只要5nm).假如在后續(xù)工藝步驟中運(yùn)用低溫工藝將橫向擴(kuò)散降至最低,則寄生柵極-漏極電容與柵極—源極耦合電容將可比柵極—溝道電容小很多.
最后一步是金屬化.先淀積磷硅玻璃(P-glass)于整片晶片上,接著經(jīng)過(guò)加熱晶片,使其活動(dòng)以產(chǎn)生一個(gè)平整的外表[圖14.17(b)].之后,在磷硅玻璃上定義和刻蝕出接觸窗,然后淀積一金屬層(如鋁)并定出圖形.完成后的MOSFET其截面如圖14. 17(c)所示.圖14.17(d)為對(duì)應(yīng)的頂視圖,柵極的接觸通常被安頓在有源器件區(qū)域之外,以防止對(duì)薄柵極氧化層產(chǎn)生可能的傷害.
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