《微电子技术综合实践》设计报告
4. n阱CMOS芯片制作的工艺实施方案
N阱CMOS工艺采用轻掺杂P型硅晶圆片作为衬底，在衬底上做出N阱，用于制作PMOS晶体管，而在P型硅衬底上制作NMOS晶体管。以下为N阱CMOS的工艺流程： 第一步（制备N型阱）
在P型硅衬底上制作N阱。首先在二氧化硅层上制作（光刻、刻蚀）出N阱注入窗口，进行N阱杂志（如磷离子）的掺杂，然后重新生长薄氧和氮化硅薄层。 具体步骤如下：
1. 氧化P型单晶硅衬底材料
其目的是在已经清洗干净的P型硅衬底表面生长一层很薄的二氧化硅层，作为N阱离子注入的屏蔽层。 2. 在衬底表面涂上光刻胶
采用光刻掩膜板使其要曝光的图形是所需要制作N阱和相关n-型区域的图形，光刻的结果是使制作n阱图形上方的光刻胶易于被刻蚀，刻蚀的过程采用湿法刻蚀技术，刻蚀的结果是使需要做n阱以及相关n-型区域的硅衬底裸漏出来。同时，光刻完毕后，保留光刻胶作为磷杂质离子注入的屏蔽层。 3. 离子注入磷杂质
这是一个掺杂过程，其目的是在P型的衬底上形成n型区域——N阱，作为PMOS区的衬底。离子注入的结果是在注入窗口处的硅表面形成一定的n型杂质分布，这些杂质将作为n阱再分布的杂质源。 4. n型杂质的退火与再分布
将离子注入后的硅片去除表面所有光刻胶并清洗干净，在
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氮气环境下退火，恢复离子注入所造成的晶格损伤，退火完成后，将硅片送入高温扩散炉进行杂质在分布，其目的是形成所需n阱的结深，获得一定的n型杂质浓度分布，最终形成制备PMOS所需的n型阱。
第二步：有源区的制备。所谓有源区是指将要制作CMOS晶体管、电阻、接触电极等的区域。其制备过程如下：
1. 氧化：由于氮化硅和硅的晶格不相匹配，所以要先生长一
层底氧起到缓冲的作用。通过热氧化在硅表面生长一层均匀的氧化层，作为硅与氮化硅的缓冲层，而且这层底氧层去除后，硅表面仍保持了较好的界面状态。
2. 沉积氮化硅：采用CVD技术在二氧化硅的上面沉积氮化硅。 3. 光刻：其目的是使除有源区部分上方的光刻胶之外，其他
部分的光刻胶易于刻蚀。
4. 刻蚀：当光刻胶被刻蚀之后，采用等离子体干法刻蚀技术
将暴露在外面的氮化硅刻蚀掉。进而形成有源区。 第三步：制备多晶栅
1. 沉积与掺杂：采用CVD技术在硅片表面沉积一层多晶硅薄
膜，在沉积多晶硅薄膜的同时，在反应室中通入掺杂元素，通常采用多晶硅掺磷
2. 光刻：在多晶硅表面涂胶，通过光刻，是多晶硅栅上方的
光刻胶不易被刻蚀，这样通过刻蚀其他部分的光刻胶 3. 刻蚀：采用干法刻蚀技术刻蚀掉暴露在外面的多晶硅，再
除去所有的光刻胶，剩下的多晶硅就是最终的多晶硅栅。 第四步：P+掺杂区光刻
制作PMOS晶体管的源极、漏极、栅极以及NMOS晶体管
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的衬底欧姆接触（该衬底接触时P型的，用于给NMOS晶体管的衬底接相应电位，通常是低电平）。此时，多晶硅栅本身作为源、漏掺杂离子的掩膜（离子注入实际上被多晶硅栅阻挡，不会进入栅下的硅表面，这称为硅栅自对准工艺）。
1. 光刻：其目的是使制备NMOS的区域和PMOS的衬底接触
孔的区域上方的光刻胶不易被刻蚀。
2. 离子注入：在刻蚀掉光刻胶之后进行高浓度的硼离子注入，
这样在PMOS管的源漏区和NMOS的衬底接触孔区形成了重掺杂接触区，而PMOS沟道区由于多晶硅栅的屏蔽而不受到任何影响。 第五步：N+掺杂区光刻
N+区掩膜是P+区的负版，即硅片上所有非P+区均进行N+离子的掺杂。由于只有有源区域是薄氧化层，因此利用硅栅自对准即完成NMOS晶体管的源、漏、栅以及PMOS晶体管的衬底欧姆接触（即N阱的欧姆接触，通常接高电平）。然后生长氧化层。
第六步：制备接触孔
1. 沉积与刻蚀：采用CVD技术在硅片表面沉积一层较厚的二
氧化硅薄膜，然后在表面涂胶，再利用光刻掩膜版进行光刻，是接触孔区的胶易于被刻蚀。
2. 刻蚀：除去接触孔区的光刻胶，再采用湿法刻蚀工艺除去
接触孔区的所有的二氧化硅，同时采用低温回流技术使硅片上台阶的陡度降低，其目的是改善金属引线的断条情况。 第七步：光刻铝线
通过溅射的方法在硅表面沉积一层金属层，作为金属引线
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材料，然后在金属表面涂上光刻胶再利用光刻掩膜版进行光刻，使引线隔离区的光刻胶易于被刻蚀，除去这部分光刻胶，再采用干法刻蚀其下方的金属铝。 第八步：钝化处理
在硅圆片的表面涂上钝化材料，一般采用磷硅玻璃。然后通过光刻和刻蚀工艺将PAD上的钝化刻蚀掉，作为与外界的连结点，而硅片的其他部分都有钝化层的保护。钝化层可以有效地防止外界对器件表面的影响，从而保证了器件及电路的稳定性。 工艺 步骤 1 工艺名称 衬底选择 外延 工艺目的 衬底 设计目标工艺方法 工艺条结构参数 件 电阻率30 ??cm 晶向<100> 厚度：10um 低压外延 掺杂剂 B离子 2 3 一次氧化 4 一次光刻 可获得完美，理想的硅材料，并实现掺入杂质均匀分布 为n阱注入提供氧化膜提供掩蔽膜 为n阱注入提供扩散窗口 厚度：0.223um 干氧-湿氧-干氧 5 一次离子注入 形成n阱区域 （1）投影式光学曝光 （2）干法刻蚀 结深：5um 杂质为p离子能 离子 量 50KeV 24
时间15min-25min-15min 正胶