安防之家讯： CMOS工艺及其工艺流程

硅双极工艺面世后约3年时间，于1962年又开发出硅平面MOS工艺技术，并制成了MOS集成电路。与双极集成电路相比，MOS集成电路的功耗低、结构简单、集成度和成品率高，但工作速度较慢。由于它们各具优劣势，且各自有适合的应用场合，双极集成工艺和MOS集成工艺便齐头平行发展。

从MOS工艺集成技术发展历史上看，也经历了从简单到复杂的发展过程，如陆续推出了p沟硅栅MOS工艺、p沟铝栅MOS工艺、n沟硅栅MOS工艺、n沟硅栅E/D MOS工艺、高性能短沟MOS（HMOS）工艺等，它们都各具优劣势，在不同时期、不同领域得到了应用。


随着集成电路的集成度提高，功耗问题日益突出，普通MOS工艺已不能满足大规模和超大规模集成系统制造的需要，于是早在1963年开发出的硅CMOS集成工艺终于有了广泛应用的机会。虽然CMOS工艺比NMOS工艺复杂，早期的CMOS器件性能也较差，但CMOS器件的功耗极低，集成度也高，用以制造数字LSI和VLSI集成电路可很好地解决最迫切的功耗问题，因而在数字LSI和VLSI集成电路的制造中首先得到广泛应用，并得到快速发展，特别是自20世纪80年代以来，更成为CPU、RAM、ROM等VLSI的主导制造工艺，并替代了NMOS工艺。

CMOS器件，是NMOS和PMOS晶体管形成的互补结构，电流小，功耗低，早期的CMOS电路速度较慢，后来不断得到改进，现已大大提高了速度。

CMOS器件也有不同的结构，如铝栅和硅栅CMOS、以及p阱、n阱和双阱CMOS。铝栅CMOS和硅栅CMOS的主要差别，是器件的栅极结构所用材料的不同。P阱CMOS，则是在n型硅衬底上制造p沟管，在p阱中制造n沟管，其阱可采用外延法、扩散法或离子注入方法形成。该工艺应用得最早，也是应用得最广的工艺，适用于标准CMOS电路及CMOS与双极npn兼容的电路。N阱CMOS，是在p型硅衬底上制造n沟晶体管，在n阱中制造p沟晶体管，其阱一般采用离子注入方法形成。该工艺可使NMOS晶体管的性能最优化，适用于制造以NMOS为主的CMOS以及E/D－NMOS和p沟MOS兼容的CMOS电路。双阱CMOS，是在低阻n＋衬底上再外延一层中高阻n――硅层，然后在外延层中制造n阱和p阱，并分别在n、p阱中制造p沟和n沟晶体管，从而使PMOS和NMOS晶体管都在高阻、低浓度的阱中形成，有利于降低寄生电容，增加跨导，增强p沟和n沟晶体管的平衡性，适用于高性能电路的制造。

随着整机系统继续向高速度、低功耗、低电压和多媒体、网络化、移动化的发展，对集成电路的要求越来越高，不断推动着集成电路工艺技术的迅速发展，目前先进的硅CMOS集成工艺已进入90纳米和65纳米领域。随着亚微米、深亚微米、纳米CMOS工艺技术的发展，为数字电路提供了更快、更大密度的电路集成，也为模拟电路提供了更高性能的模拟开关和模拟电路应用的多晶硅－氧化物－多晶硅电容，加上CMOS工艺简单、功耗低、集成度高、芯片尺寸小、成本低等特点，CMOS工艺不仅是数字电路的主导工艺技术，而且已不断在模拟和混合信号电路集成中得到应用，如含有模拟和数字电路的微控制器从20世纪90年代中期以来已全部采用CMOS工艺制造，自2003年以来CMOS工艺也成为一些通用低功耗A/D转换器的主流制造工艺。

无线通讯系统由高频和中频模拟电路及数字信号处理电路构成。过去，一般高频模拟电路部分采用GaAs或硅双极工艺技术制造，中频模拟电路部分采用硅BiCMOS工艺技术制造，其它（如DSP）采用硅CMOS工艺技术制造。但是，由于现代通讯系统涉及到声音、数据、图像等多媒体信息，如果继续采用这种制造模式来实现高频、低功耗、低噪声、低失真、小型化、低价格等性能特点的通讯系统电路，已远远不能满足应用需要。因此，推动了工艺集成技术的继续发展和竞争。随着CMOS工艺技术的快速进步，在新的技术竞争中，硅CMOS集成工艺已成为最具综合技术优势的竞争对手之一。

以铝栅CMOS为例说明其工艺流程如下：

（1） 准备n型硅片，用以制造NMOS和PMOS晶体管。

（2） 使用湿氧化方法，在硅片上生长设定厚度（如约0.6微米）的二氧化硅层，作为制造p型区的掩蔽层。随后光刻p型区。

（3） 光刻出NMOS晶体管的p阱区和PMOS晶体管的源、漏区后，使用氮化硼片作掺杂源进行硼预淀积。

（4） 在淀积硼以后，进行杂质推进扩散，形成NMOS晶体管的p阱，在推进扩散的同时，也进行干氧化，接着进行湿氧化预定时间（如20分钟），该二氧化硅层作为光刻n型区的掩蔽层。

（5） 光刻出n型掺杂区，然后进行磷掺杂扩散，形成NMOS晶体管的源、漏区；

（6） 在磷扩散以后，进行湿氧化预定时间（如20分钟），该二氧化硅层用以制造NMOS和PMOS栅氧化区的的掩蔽层；

（7） 光刻出NMOS和PMOS晶体管的栅区，然后使用干氧化方法，生成设定厚度的栅二氧化硅层（如约45纳米）。在金属化之前，采用腐蚀方法去除一些二氧化硅层，保留适当厚度（如15～30纳米）的二氧化硅层；

（8） 光刻出金属电极接触区。

（9） 在蒸发金属铝之前，需以预定腐蚀速率（如每分100纳米）腐蚀预定时间（如10～12妙），去除接触区自然生成的二氧化硅层，同时栅二氧化硅层也被去除了预定厚度（如约20纳米），然后蒸发或溅射铝金属；

（10） 光刻出金属电极接触区，用以使器件与引线焊接点连接；

（11） 在低温（如400 0C）下，退火预定时间（如10分钟）；

（12） 钝化、引线键合、封装、可靠性实验筛选、测试等步骤后即得到集成电路产品。



安防之家专注于各种家居的安防,监控,防盗,安防监控,安防器材,安防设备的新闻资讯和O2O电商导购服务，敬请登陆安防之家：http://anfang.jc68.com/