下载文档原格式
基于0.18μm CMOS高压工艺的低压器件优化设计朱琪;华梦琪;宣志斌;张又丹【摘要】In the design of products, whether can lfexible application of low voltage devices and high voltage devices of a successful design is vital. The design of the product is a multi power chip, device types, the maximum power is ±15 V, based on the SMIC 0.18 μm 40 V HV-LDMOS technology,5 V low voltage device layout with design optimization in the ±15 V power supply, on the same chip to realize the high and low voltage circuit switching, no the occurrence of leakage and breakdown, meet the electrical characteristics of various devices, products, stable work, reliable performance, and good overall performance.%产品设计时，是否能灵活应用低压器件与高压器件对一款成功的设计而言至关重要。
设计一款多电源芯片，器件电压种类繁多，最高电源为±15 V，基于SMIC 0.18μm 40 V HV-LDMOS工艺，5 V低压器件版图采用优化设计，在±15 V电源下，在同一芯片上实现了电路的高低压转换，没有发生击穿漏电现象，并满足了各种器件的电特性指标，产品工作稳定、性能可靠，并且整体性能良好。
CMOS制作基本步骤CMOS的制作步骤是需要经过一系列的复杂的化学和物理操作最终形成集成电路。
而做为一名集成电路版图（ic layout）工程师，对于这个在半导体制造技术中具有代表性的CMOS工艺流程有个系统的了解是有很大帮助的。
个人认为只有了解了工艺的版工才会在IC Layout的绘制中考虑到你所画的版图对流片产生的影响。
芯片制造厂（Fab）大概分为：扩散区，光刻区，刻蚀区，离子注入区，薄膜区和抛光区。
扩散是针对高温工艺，光刻利用光刻胶在硅处表面刻印，刻蚀将光刻胶的图形复制在硅片上，离子注入对硅片掺杂，薄膜区淀积介质层和金属层，抛光主要是平坦化硅片的上表面。
简化的CMOS工艺由14个生产步骤组成：（1）双阱注入在硅片上生成N阱和P阱。
（2）浅槽隔离用于隔离硅有源区。
（3）通过生长栅氧化层、淀积多晶硅和刻印得到栅结构。
（4）LDD注入形成源漏区的浅注入。
（5）制作侧墙在随后的源、漏注入当中保护沟道。
（6）中等能量的源、漏注入，形成的结深大于LDD的注入深度。
（7）金属接触形成硅化物接触将金属钨和硅紧密结合在一起。
（8）局部互连形成晶体管和触点间的第一层金属线。
（9）第一层层间介质淀积，并制作连接局部互连金属和第一层金属的通孔1。
（10）用于第一次金属刻蚀的第一层金属淀积金属三明治结构并刻印该层金属。
（11）淀积第二层层间介质并制作通孔2。
（12）第二层金属通孔3淀积第二层金属叠加结构，并淀积和刻蚀第三层层间介质。
（13）第三层金属到压点刻蚀、合金化重复这些成膜工艺直到第五层金属压焊淀积完毕，随后是第六层层间介质和钝化层的制作。
（14）最后一步工艺是参数测试，验证硅片上每一个管芯的可靠性。
在之前的文章中以一个PMOS和一个NMOS构成的反相器为例，简单的分步介绍了CMOS制作的基本步骤，整个流程就是对上述步骤的详细解说。
不同的是（9）（10）被合在一起介绍，（11）（12）（13）被合在一起介绍，而（14）则没有列入到详解步骤中。
研究生课程报告题目CMOS制造工艺流程介绍学生姓名鲁力指导教师学院物理与电子学院专业班级电子1602班研究生院制2017年4月CMOS制造工艺流程介绍CMOS的制作过程需要经过一系列复杂的化学和物理操作过程最后形成具有特定功能的集成电路。
而做为一名集成电路专业的学生，如果对于半导体制造技术中具有代表性的CMOS制造工艺流程有个简单的了解，那么对将来进入集成电路行业是有很大帮助的。
同时我也认为只有了解了CMOS的工艺才会在硬件电路设计中考虑到设计对实际制造的影响。
通过查找相关资料，我发现CMOS制造工艺流程非常复杂，经过前面学者的简化主要由14个步骤组成，如下所示：（1）双阱工艺注入在硅片上生成N阱和P阱。
（2）浅槽隔离工艺隔离硅有源区。
（3）多晶硅栅结构工艺得到栅结构。
（4）轻掺杂(LDD)漏注入工艺形成源漏区的浅注入。
（5）侧墙的形成保护沟道。
（6）源漏(S/D)注入工艺形成的结深大于LDD的注入深度。
（7）接触(孔)形成工艺在所有硅的有源区形成金属接触。
（8）局部互连(LI)工艺。
（9）通孔1和钨塞1的形成（10）金属1(M1)互连的形成。
（11）通孔2和钨塞2的形成。
（12）金属2(M2)互连的形成。
（13）制作金属3直到制作压点及合金。
（14）工艺是参数测试，验证硅片上每一个管芯的可靠性。
由于这个CMOS制造工艺的流程太复杂，我主要对其中的部分重要工艺做一些介绍。
1、双阱注入工艺我们都知道n阱工艺是指在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；而p阱工艺是指在p阱CMOS工艺采用N型单晶硅作为衬底，在衬底上做出p阱，用于制作nMOS晶体管，而在n型硅衬底上制作pMOS晶体管。
如果要双阱注入在硅片上生成N阱和P阱。
那么只能N阱工艺和P阱工艺结合在双阱cmos工艺采用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，在衬底上做出p阱，用于制作nMOS晶体管。
CMOS制造工艺流程介绍CMOS（互补金属氧化物半导体）是一种常用的半导体制造工艺，在数字电路中广泛使用。
下面是一个CMOS制造工艺流程的详细介绍。
1.材料准备：2.基片清洗：基片通常在制造过程开始之前需要进行清洗。
清洗的目的是去除表面的杂质和污染物，以准备下一步的处理。
3.基片掺杂：掺杂是CMOS制造过程中的一个重要步骤。
它通过在基片上加入轻掺杂剂（如硼或磷）和重掺杂剂（如硅或锗）来改变基片的导电性能。
掺杂可以通过离子注入或扩散等方法进行。
4.绝缘层制备：在制造CMOS电路时，需要在基片上创建绝缘层，以隔离不同的晶体管。
绝缘层通常是通过在氧化反应炉中加热基片，使其表面氧化形成氧化层（SiO2）来制备的。
5.通道区域定义：接下来，需要定义晶体管的通道区域。
这是通过使用光刻技术来创建图形层并使用光刻胶进行图案转移来实现的。
6.掺杂和扩散：在定义通道区域后，需要对其进行轻掺杂和扩散，以创建MOS（金属-氧化物-半导体）结构的源和漏结构。
7.门电极定义：门电极用于控制晶体管的导电性。
它通过使用光刻技术，在通道区域上制造一个金属（通常是多晶硅）的电极。
8.金属互连：金属互连是将不同晶体管连接起来以实现电路功能的过程。
这是通过添加金属层并使用光刻技术进行图案定义来实现的。
9.绝缘层制备：接下来，需要在金属互连的上方形成绝缘层。
这可以通过在金属层上沉积绝缘材料或使用化学气相沉积（CVD）等技术来实现。
10.下通孔制备：下通孔是连接不同层次的金属互连的关键结构。
它用于电路层之间的电流传输。
下通孔通常是通过先在绝缘层中开孔，然后在金属层上镀铜来制备的。
11.最后一道金属互连：在下通孔制备后，需要添加最后一道金属互连层。
这将完成电路的互连，并实现不同器件之间的连接。
12.测试和封装：完成电路的制造之后，需要进行测试以确保其功能正常。
一旦测试通过，电路将被封装在芯片中，并准备出货。
以上是CMOS制造工艺的主要流程。
mos管工艺流程MOS管（金属氧化物半导体场效应晶体管）是一种常用的场效应晶体管，广泛应用于集成电路中。
MOS管的制造需要经过一系列的工艺流程，下面将详细介绍MOS管的制造流程。
首先，制作MOS管的第一步是准备硅基片。
硅基片是制造集成电路的基础材料。
它通过切割硅单晶材料得到，然后经过多次的研磨和抛光，使得硅基片表面光洁平整。
接下来，将硅基片进行清洗，以去除表面的杂质和污染物。
清洗过程中使用一系列溶液和超声波来清洗硅基片。
清洗后，硅基片需要进行干燥，以确保表面干净无尘。
然后，在硅基片上生长一层绝缘层。
绝缘层可以是氧化硅（SiO2）或氮化硅（Si3N4），它起到隔离和保护MOS管的作用。
生长绝缘层的方法有热氧化和化学气相沉积（CVD）。
热氧化是将硅基片放入高温氧气中，使硅表面与氧气反应生成氧化硅。
化学气相沉积则是通过化学反应在硅表面沉积氮化硅。
接下来是制作栅极。
首先，在绝缘层上涂覆一层光刻胶，然后使用曝光设备将光刻胶曝光。
曝光后，用显影液去除未曝光的光刻胶，形成栅极的图案。
然后，将栅极材料（通常是多晶硅或金属）沉积在图案上，形成栅极。
然后是离子注入。
离子注入是将掺杂物注入硅基片中，以改变硅基片的导电性能。
掺杂物可以是硼（B）或磷（P），硼用于形成P型区，而磷用于形成N型区。
注入时，利用离子注入设备将掺杂物离子加速并注入硅基片，形成掺杂层。
接下来是退火步骤。
退火是将硅基片加热到高温，以恢复掺杂区的结构，并消除离子注入中的缺陷。
退火还帮助栅极材料与硅基片结合更牢固。
最后是接触孔刻蚀和金属沉积。
这一步是将接触孔刻蚀在绝缘层上，并在接触孔中沉积金属，以形成电极。
接触孔的刻蚀可以使用干法刻蚀或湿法刻蚀，金属的沉积可以使用物理气相沉积（PVD）或化学气相沉积（CVD）。
通过以上工艺流程，MOS管的制造完成。
最后，还需要进行电气测试和封装等步骤，以确保MOS管的质量和可靠性。
总之，MOS管制造的流程复杂且涉及多个步骤，每个步骤都需要精确控制和严格的质量检测。
CMOS反相器的制造工艺流程院系：交通科学与工程学院学号: 11131066姓名：姬勃2013年12月9日摘要：虽然集成电路制造工艺在快速发展,但始终都是以几种主要的制造工艺为基础。
文章介绍了 CMOS反相器的主要工艺流程,并对集成电路的主要制造工艺作了简要分析。
关键词： CMOS反相器、工作原理、工艺流程1.1CMOS反相器介绍CMOS反相器由一个P沟道增强型MOS管和一个N沟道增强型MOS管串联组成。
通常P沟道管作为负载管，N沟道管作为输入管。
这种配置可以大幅降低功耗，因为在两种逻辑状态中，两个晶体管中的一个总是截止的。
处理速率也能得到很好的提高，因为与NMOS型和PMOS型反相器相比，CMOS反相器的电阻相对较低1.1工作原理两个MOS管的开启电压V GS(th)P<0，V GS(th)N >0，通常为了保证正常工作，要求V DD>|V GS(th)P|+V GS(th)N。
若输入v I为低电平(如0V)，则负载管导通，输入管截止，输出电压接近V DD。
若输入v I为高电平(如V DD)，则输入管导通，负载管截止，输出电压接近0V。
综上所述，当v I为低电平时v o为高电平；v I为高电平时v o 为低电平，电路实现了非逻辑运算，是非门——反相器。
1.1 CMOS 的制造流程CMOS 是集成电路的最基本单元，它的制作流程可分为前段和后段，前段流程主要完成元件的制作，包括组件隔离区的形成、阱的植入、栅极的制成、LDD 的植入、源极和漏极的制成。
后段流程主要完成元件之间的互连，包括第一层金属的制成、第二层金属的制成、保护层和焊垫的制成。
以 0.25 微米制程为例，具体分为以下步骤。
1.1.1 组件隔离区的形成1. 初始清洗初始清洗就是将晶圆放入清洗槽中，利用化学或物理的方法将在晶圆表面的尘粒，或杂质去除，防止这些杂质尘粒，对后续的制程造成影响，使得组件无法正常工作。
表2.1是半导体制程中所用到的标准清洗步骤。
CMOS集成电路工艺流程1. 概述CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）集成电路工艺是现代集成电路制造中最重要的一个工艺。
它是一种将两种不同类型的金属-氧化物-半导体(Metal-Oxide-Semiconductor)结构结合在一起的技术。
CMOS工艺流程包括多个步骤，如晶圆制备、掩膜光刻、扩散、腐蚀、沉积等。
本文将介绍CMOS集成电路工艺的详细流程。
2. 晶圆制备CMOS工艺的第一步是晶圆的制备。
晶圆是一种材料，通常为硅(Si)。
晶圆通过特殊的加工工艺变成整齐的圆盘形状，并具有所需的表面平整度。
制备晶圆的过程包括抛光、化学清洗、去除杂质等步骤。
3. 掩膜光刻CMOS工艺的下一步是掩膜光刻。
掩膜光刻是将光刻胶涂覆在晶圆上，并使用特殊的掩膜技术将图案投影到光刻胶上。
掩膜光刻主要包括以下步骤：1.涂覆光刻胶：将光刻胶涂覆在晶圆表面，形成一层均匀的薄膜。
2.烘烤预处理：通过烘烤光刻胶来去除溶剂和增加光刻胶的粘度。
3.掩膜对位：将掩膜与晶圆对位，使得图案准确投影到光刻胶上。
4.曝光暴光：使用紫外光源照射掩膜和光刻胶，使得光刻胶在被曝光区域发生化学反应。
5.显影：使用显影液将未曝光的光刻胶去除，暴露出光刻胶下面的晶圆表面。
4. 扩散和离子注入在CMOS工艺中，扩散和离子注入是制造P型和N型区域的关键步骤。
这些区域用于构建晶体管等器件。
扩散是将杂质原子（如硼和磷）引入晶圆表面，并通过热处理使其扩散到晶体内部。
离子注入是使用加速器将所需的掺杂材料注入晶体表面。
5. 腐蚀和沉积腐蚀和沉积是CMOS工艺中常用的表面处理方法。
腐蚀用于去除晶圆表面的不需要的材料，而沉积用于在晶圆表面形成一层所需的材料。
常用的腐蚀方法有湿法腐蚀和干法腐蚀。
常用的沉积方法有化学气相沉积和物理气相沉积。
6. 金属化在CMOS工艺的最后阶段，需要对器件进行金属化，包括金属薄膜的沉积和局域电镀。
CMOS制作基本步骤CMOS的制作步骤是需要经过一系列的复杂的化学和物理操作最终形成集成电路。
而做为一名集成电路版图（ic layout）工程师，对于这个在半导体制造技术中具有代表性的CMOS工艺流程有个系统的了解是有很大帮助的。
个人认为只有了解了工艺的版工才会在IC Layout的绘制中考虑到你所画的版图对流片产生的影响。
芯片制造厂（Fab）大概分为：扩散区，光刻区，刻蚀区，离子注入区，薄膜区和抛光区。
扩散是针对高温工艺，光刻利用光刻胶在硅处表面刻印，刻蚀将光刻胶的图形复制在硅片上，离子注入对硅片掺杂，薄膜区淀积介质层和金属层，抛光主要是平坦化硅片的上表面。
简化的CMOS工艺由14个生产步骤组成：（1）双阱注入在硅片上生成N阱和P阱。
（2）浅槽隔离用于隔离硅有源区。
（3）通过生长栅氧化层、淀积多晶硅和刻印得到栅结构。
（4）LDD注入形成源漏区的浅注入。
（5）制作侧墙在随后的源、漏注入当中保护沟道。
（6）中等能量的源、漏注入，形成的结深大于LDD的注入深度。
（7）金属接触形成硅化物接触将金属钨和硅紧密结合在一起。
（8）局部互连形成晶体管和触点间的第一层金属线。
（9）第一层层间介质淀积，并制作连接局部互连金属和第一层金属的通孔1。
（10）用于第一次金属刻蚀的第一层金属淀积金属三明治结构并刻印该层金属。
（11）淀积第二层层间介质并制作通孔2。
（12）第二层金属通孔3淀积第二层金属叠加结构，并淀积和刻蚀第三层层间介质。
（13）第三层金属到压点刻蚀、合金化重复这些成膜工艺直到第五层金属压焊淀积完毕，随后是第六层层间介质和钝化层的制作。
（14）最后一步工艺是参数测试，验证硅片上每一个管芯的可靠性。
在之前的文章中以一个PMOS和一个NMOS构成的反相器为例，简单的分步介绍了CMOS制作的基本步骤，整个流程就是对上述步骤的详细解说。
不同的是（9）（10）被合在一起介绍，（11）（12）（13）被合在一起介绍，而（14）则没有列入到详解步骤中。
第二章常见的高压器件结构图２．４垂直器件ＶＤＭＯＳ结构示意图ＶＤＭＯＳ较好地克服了ＶＶＭＯＳ和ＶＵＭＯＳ的缺点，发展很快，目前采用该结构制作的耐压大于１０００Ｖ，电流几十安培的器件很常见。
由于ＶＤＭＯＳ是纵向器件，近年又有一种结构对其加以改进，使之适应于平面工艺，如图２－５．该结构漏极通过高掺杂埋层收集源漏电流，再通过高掺杂漏区由上表面引出。
圈２．５平面工艺ＶＤＭＯＳ结构示意图２．２二维高压ＭＯＳ器件２．２．１补偿栅ＭＯＳ晶体管补偿栅ＭＯＳ晶体管是一种减小漏栅反馈寄生电容的结构，这是采用多晶硅栅离子注入扩展漏区而得到的Ｐ沟道ＭＯ￥晶体管。
这种ＭＯＳ管的栅不完全覆盖源和高掺杂Ｐ＋漏之间的区域，如图２－６ａ所示。
扩展商电阻漏区的作用是避免在高电压下漏源之间发生穿通。
当栅极反偏时，Ｐ区不会反型，它引进了一个附加的漏串联电阻。
为了防止过多的功率损耗，要求尽量减小这个串联电阻。
如果通过增大沟道宽度来实现，会使芯片面积很大，这显然不是一种经济的方法。
如果适当提高离子注入区的浓度并在栅边缘上部加一个场板，如图２－６ｂ所示，便能显著改善这个问题。
场板的作用是减小栅边缘的电场峰值以提高漏击穿电压．江南大学硕士学位论文图２－６ａ带有离于注入扩展Ｐ漏区的补偿栅Ｐ沟无场板ＭＯＳ管图２－６ｂ带有离于注入扩展Ｐ漏区的补偿栅Ｐ沟有场板ＭＯＳ管离子注入层可用来充当夹断电阻，漏极电压中大于夹断电压的部分均降落在它上面。
当存在一个场板时，电场有两个峰值：一个峰值仍在场板边缘。
这弧个峰值的大小均可以傲得比没有场板时的峰值小得多－利用这个方法可以制成漏击穿电压高于２５０Ｖ，电流１２Ａ的ＣＭＯＳ器件．ＰＭＯＳ管和ＮＭＯＳ管的沟道长度分别为７９ｍ和８ｔｔｍ，沟道宽度为６１ｐｒｏ和３０Ｉｒａｌ．管芯面积为６ｘ６ｍｍ２．在１００ｋＨｚ时，它们的推挽输出功率可达３００Ｗ。
２．２．２双扩散（ＤＤＤ）ＭｏＳ咒ＴＤＤＤ（ＤｏｕｂｌｅＤｉｆｆｕｓｅｄＤｒａｉｎ）结构如图２－７所示。
