1、微電子技術綜合實踐設計報告題目：P阱CMOS芯片制作工藝設計院系：自動化學院電子工程系專業班級：學生學號：學生姓名：指導教師姓名：職稱：起止時間：6月27日7月8日成績：目錄一、設計要求31、設計任務32、特色指標要求33、構造參數參照值34、設計內容3二、MOS管的器件特色設計31、NMOS管參數設計與計算32、PMOS管參數設計與計算4三、工藝流程設計51、襯底制備52、初始氧化63、阱區光刻64、P阱注入65、剝離阱區的氧化層66、熱生長二氧化硅緩沖層67、LPCVD制備Si3N4介質68、有源區光刻：即第二次光刻79、N溝MOS管場區光刻7歡迎共閱10、N溝MOS管場區P+注入711、

2、局部氧化812、剝離Si3N4層及SiO2緩沖層813、熱氧化生長柵氧化層814、P溝MOS管溝道區光刻815、P溝MOS管溝道區注入816、生長多晶硅817、刻蝕多晶硅柵818、涂覆光刻膠919、刻蝕P溝MOS管地區的膠膜920、注入參雜P溝MOS管地區921、涂覆光刻膠922、刻蝕N溝MOS管地區的膠膜923、注入參雜N溝MOS管地區924、生長PSG925、引線孔光刻1026、真空蒸鋁1027、鋁電極反刻10四、P阱光刻版111.氧化生長112.曝光123.氧化層刻蝕124.P阱注入135.形成P阱136.氮化硅的刻蝕147.場氧的生長148.去除氮化硅159.柵氧的生長1610.生長多

3、晶硅1611.刻蝕多晶硅1712.N離子注入1713.P+離子注入1714.生長磷化硅玻璃PSG18歡迎共閱15.光刻接觸孔1816.刻鋁1917.鈍化保護層淀積20五、工藝實行方案20六、心得意會22七、參照資料23歡迎共閱一設計要求：1、設計任務：N阱CMOS芯片制作工藝設計2、特色指標要求n溝多晶硅柵MOSFET：閾值電壓VTn=0.5V,漏極飽和電流IDsat1mA,漏源飽和電壓V3V，漏源擊穿電壓BV=35V,柵源擊穿電壓BV25V,跨導g2mS,截DsatDSGSm止頻次f2s）3GHz（遷徙率=600cm/Vmaxnp溝多晶硅柵MOSFET：閾值電壓VTp=-1V,漏極飽和電流I

4、Dsat1mA,漏源飽和電壓VDsat，漏源擊穿電壓DS柵源擊穿電壓GS25V,跨導m0.5mS,截3VBV=35V,BVg2s）止頻次fmax1GHz（遷徙率p=220cm/V3、構造參數參照值：N型硅襯底的電阻率為20cm；墊氧化層厚度約為600?；氮化硅膜厚約為1000?；P阱混雜后的方塊電阻為3300/，結深為56m；NMOS管的源、漏區磷混雜后的方塊電阻為25/，結深為1.01.2m；PMOS管的源、漏區硼混雜后的方塊電阻為25/，結深為1.01.2m；場氧化層厚度為1m；柵氧化層厚度為500?；多晶硅柵厚度為40005000?。4、設計內容、MOS管的器件特色參數設計計算；、確立p

5、阱CMOS芯片的工藝流程，畫出每步對應的剖面圖；3、分析光刻工藝，畫出整套光刻版表示圖；4、給出n阱CMOS芯片制作的工藝實行方案（包含工藝流程、方法、條件、結果）歡迎共閱二MOS管的器件特色設計1、NMOS管參數設計與計算：由BVGSEBtox得toxBVGS25417?,Coxox則Cox8.3108F2EB6106toxVcmcmfmaxn(VGSVT)3.23m2L21GHz得L再由IDSATWpCOXVV2mAGSTDSW12.22L(GST)，式中（V-V）V(sat)，得L又gmIDWnCOXVVms，得W9.1L(GSTLVGS閾值電壓VTP(|QSD(max)|QSS)tox

6、2fnmsox取ND發現當ND11017cm3時VTP1.05V符合要求,又BVDSqNDL2得L0.7m2s2、PMOS管參數設計與計算：因為BVGSEBtox,此中，EB6106Vcm，BVGSVBVGS25417?25所以tox6106EBVcmWpCox(VGS2，式中（V-V）V(sat)，2LGSTDSCoxoxt8.22108oxIDsat1mA故可得寬長比：由gmIDWnCOX(VGSVT)2ms可得寬長比：VGSL取nmos襯底濃度為1.41016cm3查出功函數差與混雜濃度的關系可知：ms1.12V取NA發現當NA2.8106cm3時；VTN0.045V符合要求又BVDSq

7、NAL2可知2sL2sBVDS1.23mW14qNA故取L2mL歡迎共閱三.工藝流程分析1、襯底制備。因為NMOS管是直接在襯底上形成，所認為防備表面反型，混雜濃度一般高于閾值電壓所要求的濃度值，此后還要經過硼離子注入來調理。CMOS器件對界面電荷特別敏感，襯底與二氧化硅的界面態應盡可能低，所以選擇晶向為的P型硅做襯底，電阻率約為20?CM。、初始氧化。為阱區的選擇性刻蝕和隨后的阱區深度注入做工藝準備。阱區掩蓋氧化介質層的厚度取決于注入和退火的掩蓋需要。這是P阱硅柵CMOS集成電路的制造工藝流程SiO2序列的第一次氧化。襯底N-Si3、阱區光刻。是該款P阱硅柵CMOS集成電路制造工藝流程序列的

8、第一次光刻。若采納典型的常例濕法光刻工藝，應當包含：涂膠，前烘，壓板，曝光，顯影，定影，堅膜，腐蝕。去膠等諸工序。阱區光刻的工藝要求是刻出P阱區注入參雜，達成P型阱區注入的窗口SiO2N-Si4、P阱注入。歡迎共閱是該P阱硅柵COMS集成電路制造工藝流程序列中的第一次注入參雜。P阱注入工藝環節的工藝要求是形成P阱區。P-wellN-sub5、剝離阱區氧化層。6、熱生長二氧化硅緩沖層：除去Si-Si3N4界面間的應力，第二次氧化。7、LPCVD制備Si3N4介質。Si3N4薄氧P-wellN-sub8、有源區光刻：即第二次光刻Si3N4P-wellN-Si歡迎共閱9、N溝MOS管場區光刻。即第三

9、次光刻，以光刻膠作為掩蓋層，刻蝕出N溝MOS管的場區注入窗口。10、N溝MOS管場區P+注入：第二次注入。N溝MOS管場區P+的注入首要目的是加強阱區上沿地點處的間隔見效。同時，場區注入還擁有以下附帶作用：A場區的重混雜注入客觀上阻斷了場區寄生mos管的工作重混雜場區是橫向寄生時期無效而向來了閂鎖效應：場區重混雜將是局部的阱區電極接觸表面的金半接觸特色有所改良。綜合9，10兩個步驟如圖光刻膠B+P-N-Si11、局部氧化：第三次氧化，生長場區氧化層。12、剝離Si3N4層及SiO2緩沖層。綜合11，,12兩個步驟如圖歡迎共閱P-N-Si13、熱氧化生長柵氧化層：第四次氧化。14、P溝MOS管溝

10、道區光刻：第四次光刻-以光刻膠做掩蓋層。15、P溝MOS管溝道區注入：第四次注入，該過程要求調停P溝MOS管的開啟電壓。綜合13,14,15三個步驟如圖B+P-N-Si16、生長多晶硅。17、刻蝕多晶硅柵：第五次光刻，形成N溝MOS管和P溝MOS管的多晶硅柵歐姆接觸層及電路中所需要的多晶硅電阻區。綜合16,17兩個步驟如圖歡迎共閱多晶硅P-N-Si18、涂覆光刻膠。19、刻蝕P溝MOS管地區的膠膜：第六次光刻20、注入參雜P溝MOS管地區：第五次注入，形成CMOS管的源區和漏區。同時，此過程所進行的P+注入也可實現電路所設置的P+保護環。B+P-N-Si21、涂覆光刻膠。22、刻蝕N溝MOS管

11、地區的膠膜：第七次光刻23、注入參雜N溝MOS管地區：第六次注入，形成N溝MOS管的源區和漏區。同時，此過程所進行的N+注入也實現了電路所設置的N+保護環。24、生長磷硅玻璃PSG。歡迎共閱As光刻膠P-N-SiPSGN+N+P+P+P-N-Si25、引線孔光刻：第八次光刻，如圖歡迎共閱PSGN+N+P+P+P-N-Si26、真空蒸鋁。27、鋁電極反刻：第九次光刻綜合26.27兩個步驟如圖歡迎共閱AlPSGVDDSPP+DN+N+P+P-N-SiINOUTDNS至此典型的P阱硅柵CMOS反相器單元的管芯制造工藝流程就結束了。四P阱光刻板計算過程；P溝：N溝：L2mW14L28m1.5L3mLL

12、2mW13L26m1.5L3mL關于掩模板l2328m實質取值應稍大于所以故最后l9mw28m氧化生長2.曝光歡迎共閱氧化層刻蝕4.P阱注入形成P阱氮化硅的刻蝕計算過程；P阱有源區應與P阱同樣l1.5L1.5LL4L8m取為9mW故w6w取28m13L場氧的生長去除氮化硅計算過程；l應略大于溝道長度故取為2.5m寬應與掩模板寬一致而上方寬度取m不影響結果柵氧的生長生長多晶硅刻蝕多晶硅12.N離子注入13.P+離子注入生長磷化硅玻璃PSG光刻接觸孔計算過程；接觸孔模板源極長3m故接觸孔長應小于3m取2m，寬取3m刻鋁鈍化保護層淀積歡迎共閱五工藝實行方案工工工設計目標工工藝條件藝藝藝構造參數藝步名

13、目方驟稱的法1襯底選獲得襯電阻率擇底20cm晶向2一次氧為形成p厚度：干氧-干氧1200化阱供給掩0.435m濕氧-10min（外延）蔽膜干氧濕氧120020min干氧120010min3一次光為硼供給電子束正膠刻擴散窗口曝光4一次離注入形成離子注子注入P阱入5一次擴熱驅入達結深5m有限表散到P阱所面源擴需深度散歡迎共閱6二次氧作為氮化膜厚膜厚干氧氧化硅膜的緩600?化沖層7氮化硅作為光刻膜厚1000?LPCVD膜淀積有源區的掩蓋膜8二次光為磷擴散電子束正膠刻供給窗口曝光9場氧一利用氮化厚度1000?濕氧氧T1200C，硅的掩化95水溫。蔽，在沒有氮化硅、經P離子注入的地區生成一層場區氧化層1

14、0三次光除去P阱電子束正膠刻中有源區曝光的氮化硅和二氧化歡迎共閱硅層11場氧二生長場氧厚度約為1濕氧氧化層微米化12二次離調整閾值表面濃度注入子注入電壓結深P+方塊電阻13柵極氧形成柵極厚度500?干氧化氧化層14多晶硅淀積多晶厚度4000?LPCVDT=600淀積硅層15四次光形成PMOS電子束正膠刻多晶硅曝光柵，并刻出PMOS有源區的擴散窗口16三次離形成PMOS表面濃度注入子注入有源區結深B+方塊電阻17五次光形成NMOS電子束正膠刻多晶硅曝光歡迎共閱柵，并刻出NMOS有源區的擴散窗口18四次離形成NMOS峰值濃度注入子注入有源區結深P+方塊電阻19二次擴達到所需結深熱驅入950t=12

15、min散結深表面濃度20淀積磷保護LPCVD硅玻璃21六次光刻金屬化電子束正膠刻的接觸孔曝光22蒸鋁淀積濺射Al-Si合刻鋁金，并形成集成電路的最后互連歡迎共閱六、心得意會：經過此次課程設計，使我更為扎實的掌握了相關微電子技術方面的知識，在設計過程中固然碰到了一些問題，但經過一次又一次的思慮，一遍又一遍的檢查終于找出了原由所在，也裸露出了先期我在這方面的知識短缺和經驗不足。過而能改，善莫大焉。在課程設計過程中，我們不停發現錯誤，不停更正，不停意會，不停獲得。此次課程設計終于順利達成了，在設計中碰到了很多問題，最后在老師的指導下，終于游逆而解。在此后社會的發展和學習實踐過程中，必定要不懈努力，不

16、可以碰到問題就想到要退卻，必定要不勝其煩的發現問題所在，此后一一進行解決，只有這樣，才能成功的做成想做的事，才能在此后的道路上劈荊斬棘，而不是知難而退，那樣永久不可以能收獲成功，收獲歡喜，也永久不可以能獲得社會及別人對你的認同！課程設計固然是一門專業課，給我很多專業知識以及專業技術上的提高，同時又是一門講道課，一門辯思課，給了我很多道，給了我很多思，給了我莫大的空間。同時，設計讓我感想很深。使我對抽象的理論有了詳細的認識。經過此次課程設計，我掌握了CMOS器件的特色參數的計算以及它的工藝制作過程我認為，在這學期的課設中，不只培育了獨立思慮的能力，在各樣其余能力上也都有了提高。更重要的是，在課程

17、設計過程中，我們學會了很多學習的方法。而這是此后最適用的，真的是得益匪淺。要面對社會的挑戰，只有不停的學習、實踐，再學習、再實踐。這關于我們的未來也有很大的幫助。此后，不論有多苦，我想我們都能變苦為樂，搜尋風趣的事情，發現此中難得的事情。就像中國提議的艱辛奮斗同樣，我們都可以在實驗結束此后變的更為成熟，見面對需要面對的事情。歡迎共閱回首起此課程設計，到現在我仍感想頗多，在這段日子里，可以說得是苦多于甜，可是可以學到很多很多的東西，同時不只可以堅固了從前所學過的知識，并且學到了很多在書籍上所沒有學到過的知識。經過此次課程設計我懂得了理論與實質相聯合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學

18、的理論知識與實踐相聯合起來，從理論中得出結論，才能真實為社會服務，進而提高自己的實質著手能力和獨立思慮的能力。在設計的過程中碰到問題，可以說得是困難重重，但可喜的是最后都獲得認識決。課程設計中，也對團隊精神的進行了觀察，讓我們在合作起來更為默契，在成功后一同意會歡喜的心情。果真是團結就是力量，只有相互之間默契友好的配合才能換來最后圓滿的結果。此次設計也讓我理解了思路即出路，有什么不懂不理解的地方要實時討教或上網查問，只需認真研究，動腦思慮，著手實踐，就沒有弄不懂的知識，得益匪淺。我認為，在這學期的實驗中，在收獲知識的同時，還收獲了經歷，收獲了成熟，在此過程中，我們經過查找大批資料，討教老師和同學。使我再專業知識得了到很好的提高，在此，要對給過我幫助的全部同學和各位指導老師再次表示忠心的感謝！課設的成功，少不了老師的耐心指導和同學的熱情幫助，以及小組中其余成員的鼎力配合。沒有大家的默契，也收獲不了今天的成功，在課設的過程中每個人都努力查找資料，認真檢查，認真查對，都付出了自己的努力和艱辛，在此，感謝全部人的努力和幫助，才使課設可以得以順利地達成。六、參照資料1、王蔚，田麗，任明遠