在集成電路中，在通常橫截面為50乘50密耳的小硅晶片上開發(fā)了大量的有源和無源元件及其互連。制造這種電路所遵循的基本工藝包括外延生長，掩模雜質(zhì)擴(kuò)散，氧化物生長和氧化物蝕刻，使用光刻法制造圖案。
晶圓上的元件包括電阻器，晶體管，二極管，電容器等......制造IC最復(fù)雜的元件是晶體管。晶體管有各種類型，如CMOS，BJT，F(xiàn)ET。我們根據(jù)要求選擇在IC上實(shí)現(xiàn)的晶體管技術(shù)類型。在本文中，讓我們熟悉CMOS制造（或）制造晶體管作為CMOS管的概念。
CMOS晶體管制造工藝
為了降低功耗要求，CMOS技術(shù)用于實(shí)現(xiàn)晶體管。如果我們需要更快的電路，則使用 BJT在IC上實(shí)現(xiàn)晶體管。作為IC的CMOS晶體管的制造可以用三種不同的方法完成。
N阱/ P阱技術(shù)，其中在p型襯底或p型擴(kuò)散上進(jìn)行n型擴(kuò)散，分別在n型襯底上完成。
CMOS晶體管的雙阱技術(shù)，其中NMOS和PMOS晶體管，通過同時(shí)擴(kuò)散在外延生長基極發(fā)展了晶片，而不是基底上。
硅絕緣體工藝，其中不使用硅作為襯底，而是使用絕緣體材料來提高速度和閂鎖敏感性。
N井/ P井技術(shù)
可以通過在同一硅晶片上集成NMOS和PMOS晶體管來獲得CMOS晶體管。在N阱技術(shù)中，n型阱擴(kuò)散在p型襯底上，而在P阱中則是反之亦然。
CMOS晶體管的制造步驟
在CMOS晶體管制造工藝流程是使用20基本的制造步驟進(jìn)行，同時(shí)使用N-阱/ P阱技術(shù)制造。
用N阱制作CMOS
步驟1：首先，我們選擇基板作為制造基礎(chǔ)。對(duì)于N阱，選擇P型硅襯底。
基質(zhì)
步驟2 - 氧化：使用SiO 2作為阻擋層來實(shí)現(xiàn)n型雜質(zhì)的選擇性擴(kuò)散，該阻擋層保護(hù)晶片的部分免受基板的污染。SiO 2是由氧化工藝布局進(jìn)行將襯底暴露于高品質(zhì)的氧和氫在氧化室中在約1000 ℃。
氧化
步驟3 - 光致抗蝕劑的生長：在允許選擇性蝕刻的這個(gè)階段，對(duì)SiO2層進(jìn)行光刻處理。在該過程中，晶片涂有均勻的光敏乳液膜。
光刻膠的成長
步驟4 - 掩蔽：該步驟是光刻工藝的繼續(xù)。在該步驟中，使用模板制作所需的開放圖案。該模版用作光刻膠上的掩模。現(xiàn)在將基板暴露于紫外線，存在于掩模的曝光區(qū)域下的光致抗蝕劑聚合。
遮蔽光刻膠
步驟5 - 去除未曝光的光致抗蝕劑：去除掩模，并通過使用諸如三氯乙烯的化學(xué)品顯影晶片來溶解光致抗蝕劑的未曝光區(qū)域。
去除光刻膠
步驟6 - 蝕刻：將晶片浸入氫氟酸的蝕刻溶液中，從摻雜劑將要擴(kuò)散的區(qū)域除去氧化物。
蝕刻SiO2
步驟7 - 去除整個(gè)光致抗蝕劑層：在蝕刻過程中，受光致抗蝕劑層保護(hù)的那些SiO2部分不受影響。現(xiàn)在用化學(xué)溶劑（熱H2SO4）剝離光刻膠掩模。
去除光刻膠層
步驟8 - N阱的形成： n型雜質(zhì)通過暴露區(qū)域擴(kuò)散到p型襯底中，從而形成N阱。
N阱的形成
步驟9 - 去除SiO 2：現(xiàn)在通過使用氫氟酸除去SiO 2層。
去除SiO2
步驟10 - 多晶硅的沉積：CMOS晶體管的柵極的未對(duì)準(zhǔn)將導(dǎo)致不希望的電容，這可能損害電路。因此，為了防止這種“自對(duì)準(zhǔn)柵極工藝”是優(yōu)選的，其中在使用離子注入形成源極和漏極之前形成柵極區(qū)域。
多晶硅的沉積
多晶硅被用于形成柵極的，因?yàn)樗梢猿惺芨邷卮笥?000 0 c當(dāng)一個(gè)晶片進(jìn)行退火方法形成源極和漏極的。通過使用化學(xué)沉積工藝在薄的柵極氧化物層上沉積多晶硅。多晶硅層下面的這種薄柵極氧化物防止在柵極區(qū)域下進(jìn)一步摻雜。
步驟11 - 柵極區(qū)域的形成：除了形成NMOS和PMOS晶體管的柵極所需的兩個(gè)區(qū)域之外，多晶硅的剩余部分被剝離。
門區(qū)的形成
步驟12 - 氧化過程：在晶片上沉積氧化層，該氧化層用作進(jìn)一步擴(kuò)散和金屬化過程的屏蔽。
氧化過程
步驟13 - 掩蔽和擴(kuò)散：為了使用掩模工藝制造用于擴(kuò)散n型雜質(zhì)的區(qū)域，進(jìn)行小間隙。
掩蔽
使用擴(kuò)散工藝開發(fā)了三個(gè)n +區(qū)域用于形成NMOS晶體管的端子。
N型擴(kuò)散
步驟14 - 去除氧化物：剝離氧化物層。
去除氧化物
步驟15 - P型擴(kuò)散：類似于用于形成PMOS晶體管 p型擴(kuò)散的端子的n型擴(kuò)散。
P型擴(kuò)散
步驟16 - 厚場(chǎng)氧化物的鋪設(shè)：在形成金屬端子之前，布置厚場(chǎng)氧化物以形成用于晶片區(qū)域的保護(hù)層，其中不需要端子。
厚場(chǎng)氧化層
步驟17 - 金屬化：該步驟用于形成可提供互連的金屬端子。鋁散布在整個(gè)晶圓上。
金屬化
步驟18 - 去除多余金屬：從晶片上除去多余的金屬。
步驟19 - 端子的形成：在去除多余金屬端子之后形成的間隙中形成用于互連的端子。
終端的形成
步驟20 - 分配端子名稱：將名稱分配給NMOS管和PMOS晶體管的端子。
分配終端名稱
利用P阱技術(shù)制作CMOS晶體管
p阱工藝類似于N阱工藝，除了在此使用n型襯底并且進(jìn)行p型擴(kuò)散。通常，為簡(jiǎn)單起見，優(yōu)選N阱工藝。
雙管制造CMOS晶體管
使用雙管工藝可以控制P和N型器件的增益。使用雙管法制造CMOS晶體管所涉及的各種步驟如下：
• 采用輕摻雜的n或p型襯底并使用外延層。外延層保護(hù)芯片中的閂鎖問題。
• 生長具有測(cè)量厚度和精確摻雜劑濃度的高純硅層。
• P和N井管的形成。
• 薄氧化物結(jié)構(gòu)，用于防止擴(kuò)散過程中的污染。
• 使用離子注入方法形成源極和漏極。
• 切割用于制造金屬觸點(diǎn)的部分。
• 進(jìn)行金屬化以繪制金屬觸點(diǎn)。
CMOS晶體管 IC布局
給出了CMOS晶體管制造和布局的上視圖 。這里可以清楚地看到各種金屬觸點(diǎn)和N阱擴(kuò)散。
CMOS晶體管 IC布局
因此，這完全與CMOS晶體管制造技術(shù)有關(guān)。讓我們考慮將1平方的晶片分成400個(gè)芯片，表面積為50密耳×50密耳。制造晶體管需要50平方毫米的面積。因此，每個(gè)IC包含2個(gè)晶體管，因此在每個(gè)晶片上構(gòu)建有2×400 = 800個(gè)晶體管。如果每批處理10個(gè)晶片，則可以同時(shí)制造8000個(gè)晶體管。您在IC上觀察到了哪些組件？
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