等平面硅柵N溝MOS工藝制作步驟及特點

N溝道等平面工藝，又稱”選擇氧化法MOS技術”，它的特點是在硅襯底的某一部分有選擇地進行氧化，而在不需要氧化的區域用掩膜保護起來。它的基本方法由圖6-5表示。首先在硅襯底上淀積一層薄的膜，厚度約為0.2~0.9μm，然后，刻去需要氧化部分的膜，接著用熱氧化法進行氧化，生成一層約為1.0μm~1.1μm的氧化層。由于膜的熱氧化速度極慢，并對氧氣氛有掩載作用，所以膜下面的部分并沒有被氧化，而在氧化的區城內，隨著氧化層厚度的增加，硅-二氧化硅的界面逐漸向襯底深處推移，所以約有一半的，膜位于表面之上，另一半則陪于表面之下。這樣，厚的層大部被埋在Si的表面內，使表面比較平整。器件就做在高出氧化層的合面上。

推MOS常規工藝的討論中知道，為了獲得較高的場閾值電壓，一次氧化往往需要做得很厚，最后在刻出引線孔時，造成很高的二氧化硅臺階，因此金屬互聯線要超過氧化物形成的陡銷階梯。硅柵N溝MOS工藝。在這些臺階的地方，金屬層較薄，容易引起斷線而發生開路，即使開始沒有斷裂，因金屬薄的地方電流密度大，引起電遷移現象，在某些地方產生斷線，而使器件早期失效。采用了上述等平面工藝，由于二氧化硅層是埋在襯底內的，消除了常規工藝中陡峭的二氧化硅臺階，大大提高了器件的可靠性。

1、硅柵N溝MOS工藝制作步驟

（1）一次氧化及淀積膜

取電阻率為3~5Ωcm（100）晶面的P型硅單晶片，經過化學清洗后，進行一次氧化（做器件的絕緣柵），厚度為100~120nm；然后，用四氧化硅在氨氣中進行分解反應，在硅片上淀積一層薄膜，溫度約為850℃。

（2）套刻氮化硅和二氧化硅

套刻后，只有在以后要形成源、漏、溝道區及擴散互連線的部分才留下二氧化硅和氮化硅層，其它部分都被刻去。

（3）場摻雜

首先在460℃的條件下，在硅片表面熱分解淀積一層摻硼的二氧化硅層；接著，利用短時間的高溫，將硼向硅表面擴散，使沒有掩膜的部分（稱為場區），摻進一定數量的硼。

（4）場氧化（厚氧化層生成）

首先將摻雜的氧化物腐蝕掉，接著在975℃的濕氧條件下，對無掩膜的硼摻雜區進行局部氧化，生長約1000~1100nm的厚氧化層。硅柵N溝MOS工藝。大約一半在硅原來的表面以下，另一半在表面以上。

（5）淀積多晶硅

先將氮化硅膜腐蝕掉，留下的二氧化硅薄膜作為器件的絕緣柵介質。將片子放在高溫的氮氣中退火后，就在硅片表面上淀積一層多晶硅膜，約為480~500nm。最后再進行熱氧化處理。

（6）套刻多晶硅

刻出源、漏區的擴散窗口和外連線擴散條。

（7）磷擴散

在硅片表面上熱分解淀積一層重磷摻雜的二氧化硅，然后，將硅片推入大約1050℃的恒溫區內，在氮氣中處理10~15分鐘。這樣，就進行了磷擴散，形成了擴散深度約為1Ωm的源漏和摻雜互連線的N+區，同時對多晶硅也進行了摻雜。

（8）光刻引線孔

提供源漏和柵的金屬接觸。

（9）蒸鋁、反刻

有些工藝中，在蒸鋁前先蒸發一薄層鈦，然后再蒸鋁，構成鈦-鋁雙層金屬。這對N溝道MOS集成電路特別有利，因為鈦層能防止鋁層因淺N+擴散結的位錯和收縮面造成的失效。

反刻后，在480℃的氫氣中進行30分鐘的合金處理，以保證金屬和硅接觸良好，并消除硅-二氧化硅界面的表面態。硅柵N溝MOS工藝。最后，再用低溫淀積法，使片子表面生長一層500nm厚的二氧化硅保護膜。

具體過程如圖6-6（a）~（c）所示。

2、硅柵N溝MOS工藝工藝特點討論

采用等平面工藝制造N溝道MOS電路，除了前面已經介紹的表面比較平整，沒有陡前的氧化層臺階，金屬引線不易發生斷裂的優點以外，從整個制作過程看，還有另外一些較為突出的優點。

（1）在厚氧化區（場區）對硅表面進行局部摻雜。通過局都摻雜，提高了這些區域的表面濃度，使場閾值電壓大大提高。面在制作管子源、漏、溝道區的合面部分，仍然保持著原有的村底濃度，因此不會降低管子的溝道遷移率，從面提高了電路的速度。

（2）從圖6-7所示的結構可以看出，由于進行了場摻雜，場擴散區可起隔離的作用，使相鄰器件N⁺區之間的寄生溝道漏電減小到最低限度。硅柵N溝MOS工藝。因此可以靠短器件之間的間距，從而大大提高了電路的集成度。

（3）因為制作器件的臺面區的襯底濃度較低，估計管子的閾值電壓VT約為0.2V~0.6V，顯然是低了一點。為了提高閾值電壓的數值，可以借助背面柵效應，在襯底加負偏壓，使VT調節至1.4V~2.0V。加了負的襯底偏壓以后，可使厚氧化區的場闊值電壓提高到10V~20V，這就滿足了電路工作的要求。

（4）在擴散的N⁺區和場摻雜的P⁺區之間構成的二極管，可以用來作為柵保護器件。

由于場摻雜P區表面的受主濃度很高，使這個二極管的雪崩擊穿電壓在20V~30V之間，而且是硬擊穿。硅柵N溝MOS工藝。所以這種柵保護器件就不必象普通MOS電路的柵保護器件那樣，在擴散結周圍覆蓋一個接地的柵電極。

（5）在上述工藝中，還使用了硅柵工藝，所以還具有硅柵工藝所具有的一切優點。

上述雖然較MOS常規工藝繁雜，但隨著科學技術的發展，等平面硅柵NMOS工藝已成為制造大規模MOS集成電路的重要手段。

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