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CMOS晶體管的制作工藝-合晶芯城

HOTKING 2019-07-04 17:34:48 CMOS MOS晶體管 MOS管 集成電路

在本文中,让我们熟悉CMOS晶體管制造(或)制造晶體管作为CMOS管的概念。在集成電路中,在通常横截面为50乘50密耳的小硅晶片上开发了大量的有源和无源元件及其互连。晶圆上的元件包括電阻器,晶體管,二極管,電容器等......制造IC最复杂的元件是晶體管。晶體管有各种类型,如CMOS,BJT,FET。

有一個時代,計算機的大小如此龐大,以至于安裝它們,很容易需要一個房間大小的空間。但是今天它們是如此發展,我們甚至可以輕松地將它們作成筆記本電腦。使這成爲可能的創新是集成電路的概念。在集成電路中,在通常横截面为50乘50密耳的小硅晶片上开发了大量的有源和无源元件及其互连。制造这种电路所遵循的基本工艺包括外延生长,掩模杂质扩散,氧化物生长和氧化物蚀刻,使用光刻法制造图案。

晶圆上的元件包括電阻器,晶體管,二極管,電容器等......制造IC最复杂的元件是晶體管。晶體管有各种类型,如CMOS,BJT,FET。我们根据要求选择在IC上实现的晶體管技术类型。在本文中,让我们熟悉CMOS制造(或)制造晶體管作为CMOS管的概念。

CMOS晶體管制造工艺

为了降低功耗要求,CMOS技术用于实现晶體管。如果我们需要更快的电路,则使用 BJT在IC上实现晶體管。作为IC的CMOS晶體管的制造可以用三種不同的方法完成。

N阱/ P阱技术,其中在p型衬底或p型扩散上进行n型扩散,分别在n型衬底上完成。

CMOS晶體管的双阱技术,其中NMOS和PMOS晶體管,通过同时扩散在外延生长基极发展了晶片,而不是基底上。

矽絕緣體工藝,其中不使用矽作爲襯底,而是使用絕緣體材料來提高速度和闩鎖敏感性。

N井/ P井技术

可以通过在同一硅晶片上集成NMOS和PMOS晶體管来获得CMOS晶體管。在N阱技术中,n型阱扩散在p型衬底上,而在P阱中则是反之亦然。

CMOS晶體管的制造步骤

在CMOS晶體管制造工艺流程是使用20基本的制造步骤进行,同时使用N-阱/ P阱技术制造。

用N阱制作CMOS

步驟1:首先,我們選擇基板作爲制造基礎。對于N阱,選擇P型矽襯底。


基質

步驟2 - 氧化:使用SiO 2作为阻挡层来实现n型杂质的选择性扩散,该阻挡层保护晶片的部分免受基板的污染。SiO 2是由氧化工艺布局进行将衬底暴露于高品质的氧和氢在氧化室中在约1000 ℃。


氧化

步驟3 - 光致抗蚀剂的生长:在允许选择性蚀刻的这个阶段,对SiO2层进行光刻处理。在该过程中,晶片涂有均匀的光敏乳液膜。


光刻膠的成長

步驟4 - 掩蔽:该步骤是光刻工艺的继续。在该步骤中,使用模板制作所需的开放图案。该模版用作光刻胶上的掩模。现在将基板暴露于紫外线,存在于掩模的曝光区域下的光致抗蚀剂聚合。


遮蔽光刻膠

步驟5 - 去除未曝光的光致抗蚀剂:去除掩模,并通过使用诸如三氯乙烯的化学品显影晶片来溶解光致抗蚀剂的未曝光区域。


去除光刻膠

步驟6 - 蚀刻:将晶片浸入氢氟酸的蚀刻溶液中,从掺杂剂将要扩散的区域除去氧化物。


蝕刻SiO2

步驟7 - 去除整个光致抗蚀剂层:在蚀刻过程中,受光致抗蚀剂层保护的那些SiO2部分不受影响。现在用化学溶剂(热H2SO4)剥离光刻胶掩模。


去除光刻膠层

步驟8 - N阱的形成: n型杂质通过暴露区域扩散到p型衬底中,从而形成N阱。


N阱的形成

步驟9 - 去除SiO 2:现在通过使用氢氟酸除去SiO 2层。


去除SiO2

步驟10 - 多晶矽的沈積:CMOS晶體管的栅极的未对准将导致不希望的電容,这可能损害电路。因此,为了防止这种“自对准栅极工艺”是优选的,其中在使用离子注入形成源极和漏极之前形成栅极区域。


多晶矽的沈積

多晶硅被用于形成栅极的,因为它可以承受高温大于8000 0 c当一个晶片进行退火方法形成源极和漏极的。通过使用化学沉积工艺在薄的栅极氧化物层上沉积多晶硅。多晶硅层下面的这种薄栅极氧化物防止在栅极区域下进一步掺杂。

步驟11 - 栅极区域的形成:除了形成NMOS和PMOS晶體管的栅极所需的两个区域之外,多晶硅的剩余部分被剥离。


門區的形成

步驟12 - 氧化過程:在晶片上沉积氧化层,该氧化层用作进一步扩散和金屬化过程的屏蔽。


氧化過程

步驟13 - 掩蔽和扩散:为了使用掩模工艺制造用于扩散n型杂质的区域,进行小间隙。


掩蔽

使用扩散工艺开发了三个n +区域用于形成NMOS晶體管的端子。


N型擴散

步驟14 - 去除氧化物:剥离氧化物层。


去除氧化物

步驟15 - P型擴散:类似于用于形成PMOS晶體管 p型扩散的端子的n型扩散。


P型擴散

步驟16 - 厚场氧化物的铺设:在形成金属端子之前,布置厚场氧化物以形成用于晶片区域的保护层,其中不需要端子。


厚場氧化層

步驟17 - 金屬化:该步骤用于形成可提供互连的金属端子。铝散布在整个晶圆上。


金屬化

步驟18 - 去除多余金属:从晶片上除去多余的金属。

步驟19 - 端子的形成:在去除多余金属端子之后形成的间隙中形成用于互连的端子。


終端的形成

步驟20 - 分配端子名称:将名称分配给NMOS管和PMOS晶體管的端子。


分配終端名稱

利用P阱技术制作CMOS晶體管

p阱工藝類似于N阱工藝,除了在此使用n型襯底並且進行p型擴散。通常,爲簡單起見,優選N阱工藝。

双管制造CMOS晶體管

使用双管工艺可以控制P和N型器件的增益。使用双管法制造CMOS晶體管所涉及的各种步骤如下:

? 采用轻掺杂的n或p型衬底并使用外延层。外延层保护芯片中的闩锁问题。

? 生长具有测量厚度和精确掺杂剂浓度的高纯硅层。

? P和N井管的形成。

? 薄氧化物结构,用于防止扩散过程中的污染。

? 使用离子注入方法形成源极和漏极。

? 切割用于制造金属触点的部分。

? 进行金屬化以绘制金属触点。

CMOS晶體管 IC布局

给出了CMOS晶體管制造和布局的上视图 。这里可以清楚地看到各种金属触点和N阱扩散。

CMOS晶體管IC布局
CMOS晶體管 IC布局

因此,这完全与CMOS晶體管制造技术有关。让我们考虑将1平方的晶片分成400个芯片,表面积为50密耳×50密耳。制造晶體管需要50平方毫米的面积。因此,每个IC包含2个晶體管,因此在每个晶片上构建有2×400 = 800个晶體管。如果每批处理10个晶片,则可以同时制造8000个晶體管。您在IC上观察到了哪些组件?

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