PMOS工藝條件和步驟及優缺點詳解

MOS常規工藝

在MOS電路的發展過程中，發展最早、最快的是PMOS集成電路，PMOS電路的生產基本上是硅平面工藝，通常稱為MOS常規工藝，它具有工藝簡單，設備不復雜、易于控制等優點。但PMOS電路存在著速度太低的突出缺點，對發展速度高、性能好的MOS 大規模集成電路帶來很大困難。PMOS工藝。為了提高電路速度和性能，科學家們對MOS 工藝進行了一系列的革新。采用了一些新材料和工藝。例如采用具有高遷移率的半導體材料，發展了NMOS和GaAsNOS集成電路；為了減小柵源、柵漏電容，發展了柵自對準MOS工藝；在絕緣柵介質方面，采用了較之SiO2，性能更佳的Si3N4、Al2O3，等絕緣薄膜；器件的柵電極除了用大家熟知的鋁柵以外，又發展了硅粗、鋁柵；在源、漏的形成及調節器件閾值電壓大小、正負等方面，采用了離子注入技術。PMOS工藝。這樣就使MOS集成電路工藝大大超出了硅平面工藝的范圍，顯示了MOS工藝的新特點。本章主要介紹PNOS 常規工藝和新技術。

一、PMOS工藝

PMOS集成電路雖然工作速度低，卻早為大家所熟悉，使用相當廣泛，加之工藝簡單，易于控制等優點，目前仍大量生產。下面簡要介紹它的工藝原理和方法。

PMOS的工藝條件，一般可根據閾值電壓VT 的要求來確定。常見的P溝道MOS器件的閾值電壓。若取摻雜濃度的N型硅片，都氧化層厚度，則。PMOS工藝。為了獲得較小的表面態密度，取〈100〉方向的單晶硅，如果有效正電荷密度控制在2×10¹¹個/cm³的數量，即含有。將這些數字代入VT表達式，求得:

若厚氧化層取1.5μm，則場閾值電壓可估算為：

在實際工藝中，由于氧化層中受到雜質離子（特別是鈉離子）的沾污，氧化層中的有效正電荷密度將大于2×10¹¹個/cm²的數量，lVTl還要大些。所以在MOS工藝的各個環節中防止雜質沾污是特別重要的。

1、PMOS工藝條件及步驟

（1）一次氧化

將電阻率為8Ω.cm、厚度約為800μm的N-Si單晶片，經過嚴格清洗，用熱生長法在Si片表面生長一層約1~1.5μm的SiO2膜，作為擴散掩膜及表面保護層。工藝條件為：

，氧化時間，氧流量為，濕氧水溫為98℃。

（2）硼擴散制造漏源區

對預先刻出源、漏窗口的Si片，先進行高硼預擴散，接著進行再擴散，形成P區（源漏區）。

離硼擴散的條件為：氮氣流量N2（大）=600ml/min，N2（小，通源）=10ml/min，時間t=5（不通源），30’（通源）5’（趕源），液態源（硼酸三甲酯）溫為0℃，要求□。

在擴散的條件為：；時間t=5’（干）+25（濕）+10’（干）；水溫T水=98℃；氧流量O2=800ml/min。要求R□=40~60Ω/□。

（3）柵氧化工藝

將原來在柵區的一次氧化膜刻去，重新生長一層高質量的薄二氧化硅層，作為柵的絕緣介質。由前面討論知道，柵下面的SiO2對器件的性能影響是很大的。PMOS工藝。MOS器件的閾值電壓VT，與SiO2層的厚度及其中等效正電荷密度有很大的關系。為了控制VT的大小，必須嚴格控制的范圍，。其工藝條件為：氧流量；氧化水溫=98℃；氧化時間（干）+22’（濕氣）+5’（干），并退氮10’。

（4）磷處理工藝

將經過柵氧化的片子，放在高溫爐內，使磷原子分解在硅表面，生長一層磷硅玻璃，起表面鈍化作用，減小Na⁺的玷污對器件所造成的影響，使器件性能穩定。磷處理工藝條件為 ：，通源，氧流量，大氮（N2）=320ml/min，源（三氮氧磷）溫為0℃。要求。

（5）吹氮（氮烘）工藝

將磷處理好的片子在高溫950℃的爐內通氮30’，N2流量為200ml/min，使表面的磷原子向深度擴展，更有效地起控制Na⁺的作用，同時使表面磷的濃度降低，便于光刻。

工藝流程如圖6-1所示。PMOS工藝。

2、PMOS的缺點

常規工藝生產的PMOS集成電路存在一些弱點，影響了電路性能的進一步提高。

第一，典型PMOS工藝生產的電路，管子的閾值電壓較高，絕對值一般在3.5V左右，因此必須采用較高的工作電源（約-20V），這樣，就不能與采用低電源（約5V）的雙極型電路兼容。

第二，PMOS電路的速度/功耗比雙極型電路至少要低一個數量級。雖然MOS電路的功耗較雙極型電路低，但雙極型電路的速度遠比PMOS電路快得多。

要提高電路的性能，一方面要改革原有的工藝，另一方面是研制MOS電路的新類型。

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