先從MOS管開(kāi)始，如下圖所示，是MOS管的橫截面圖。M-O-S管的全稱(chēng)稱(chēng)為Metal-Oxide-Semiconductor,即這三個(gè)字母，代表的是晶體管的結(jié)構(gòu)，分別為金屬柵極，薄氧化物絕緣體以及半導(dǎo)體溝道。

下圖示NMOS晶體管。它在P型硅襯底中制造，具有重?fù)诫s的源極、漏極。

早期的柵極是用金屬制作的，但現(xiàn)在由導(dǎo)電的多晶硅取代。柵極位于一層薄薄的二氧化硅上，這是一種絕緣體。襯底，柵極，源極和漏極，通過(guò)金屬端子與外界連接。 ?

PMOS，是在N型硅襯底中制造，具有多晶硅柵極，P型源極和漏極，同樣器柵極，源極和漏極以及襯底通過(guò)金屬端子與外界連接。



CMOS全稱(chēng)為 complementary MOS 。 在CMOS工藝中，在同一晶圓上，可以同時(shí)存在NMOS和PMOS，這樣，給電路設(shè)計(jì)帶來(lái)極大的便利。

當(dāng)使用晶圓來(lái)加工IC時(shí)，有兩種摻雜形式的晶圓可以選擇，分別為P型晶圓和N型晶圓。

P型晶圓，可以用來(lái)制作NMOS; 但是PMOS需要的是N型襯底，怎么能在P型晶圓上實(shí)現(xiàn)呢？其實(shí)是采用N阱技術(shù)，PMOS管是在被稱(chēng)為N 阱的 N 型硅區(qū)域內(nèi)制成的，如下圖所示。 ? ?

與 NMOS 和 BIPOLAR 技術(shù)相比，CMOS的主要優(yōu)勢(shì)是功耗要小得多。與 NMOS 或 BIPOLAR 電路不同，互補(bǔ) MOS 電路幾乎沒(méi)有靜態(tài)功耗。只有在電路實(shí)際切換的情況下才會(huì)消耗功率。這允許在 IC 上集成比 NMOS 或雙極技術(shù)更多的 CMOS 門(mén)。

CMOS制造步驟和PCB加工也很類(lèi)似，使用二十個(gè)基本制造步驟完成制造。以用N阱制作CMOS為例。

步驟 1：首先我們選擇一個(gè)基板作為制造的基礎(chǔ)。對(duì)于N-阱，選擇P-型硅襯底。



第 2 步 – 氧化：n 型雜質(zhì)的選擇性擴(kuò)散是使用 SiO2 作為屏障來(lái)完成的，該屏障保護(hù)晶圓的某些部分免受基板的污染。

SiO 2是通過(guò)在大約 10000c的氧化室中將襯底暴露于高質(zhì)量氧氣和氫氣的氧化工藝來(lái)布局的



第 3 步——光刻膠的生長(zhǎng)：在這個(gè)階段，為了進(jìn)行選擇性蝕刻，對(duì) SiO2 層進(jìn)行光刻工藝。在這個(gè)過(guò)程中，晶片被涂上一層均勻的感光乳劑膜。



第 4 步 – 掩膜：此步驟是光刻工藝的延續(xù)。在此步驟中，使用模板制作所需的開(kāi)放圖案。該模板用作光刻膠上的掩模。襯底現(xiàn)在暴露于紫外線(xiàn)下，掩模暴露區(qū)域下的光刻膠被聚合。



第 5 步 - 去除未曝光的光刻膠：去除掩模，并通過(guò)使用三氯乙烯等化學(xué)品顯影晶片來(lái)溶解未曝光的光刻膠區(qū)域。



第 6 步 - 蝕刻：將晶片浸入氫氟酸蝕刻溶液中，去除摻雜劑擴(kuò)散區(qū)域的氧化物。



第 7 步 – 去除整個(gè)光刻膠層：在蝕刻過(guò)程中，受光刻膠層保護(hù)的 SiO2 部分不受影響?，F(xiàn)在用化學(xué)溶劑（熱 H2SO4）剝離光刻膠掩模。



步驟 8 – N 阱的形成：n 型雜質(zhì)通過(guò)暴露區(qū)域擴(kuò)散到 p 型襯底中，從而形成 N 阱。



第 9 步 – 去除 SiO2：現(xiàn)在使用氫氟酸去除 SiO2 層。



第 10 步 - 多晶硅沉積：CMOS 晶體管的柵極未對(duì)準(zhǔn)會(huì)導(dǎo)致不需要的電容，從而損壞電路。因此，為了防止這種“自對(duì)準(zhǔn)柵極工藝”，最好在使用離子注入形成源極和漏極之前形成柵極區(qū)域。

多晶硅用于柵極的形成是因?yàn)樗梢猿惺艽笥?0000℃的高溫，當(dāng)晶片經(jīng)過(guò)退火方法形成源極和漏極時(shí)。多晶硅通過(guò)使用化學(xué)沉積工藝沉積在柵極氧化物薄層上。多晶硅層下方的這種薄柵極氧化物可防止柵極區(qū)域下方的進(jìn)一步摻雜。 步驟 11 - 柵極區(qū)域的形成：除了為NMOS 和 PMOS 晶體管形成柵極所需的兩個(gè)區(qū)域外，多晶硅的剩余部分被剝離。



第 12 步 – 氧化工藝：在晶圓上沉積一層氧化層，作為進(jìn)一步擴(kuò)散和金屬化工藝的屏蔽層。



第 13 步 – 掩蔽和擴(kuò)散：為了使用掩蔽工藝制作用于擴(kuò)散 n 型雜質(zhì)的區(qū)域，制作小間隙。



使用擴(kuò)散工藝開(kāi)發(fā)了三個(gè) n+ 區(qū)域，用于形成 NMOS 的端子。



第 14 步 – 去除氧化物：剝?nèi)パ趸瘜印?br />


第 15 步 – P 型擴(kuò)散：類(lèi)似于用于形成 PMOS 的 p 型擴(kuò)散端子的 n 型擴(kuò)散。



第 16 步 - 厚場(chǎng)氧化層的鋪設(shè)：在形成金屬端子之前，鋪設(shè)厚場(chǎng)氧化層，以便為不需要端子的晶圓區(qū)域形成保護(hù)層。



步驟 17 – 金屬化：此步驟用于形成可以提供互連的金屬端子。鋁被涂在整個(gè)晶片上。



第 18 步 – 去除多余金屬：從晶圓上去除多余的金屬。 步驟 19 - 端子的形成：在去除多余金屬端子后形成的間隙中，形成互連。



第 20 步 – 分配端子名稱(chēng)：為NMOS 和 PMOS 晶體管的端子分配名稱(chēng)。

審核編輯：劉清