SOS技術制造CMOS電路工藝分析

SOS技術是“藍寶石上外延硅”的簡稱。這種技術是在拋光的藍寶石片上外延生長一層硅單晶薄層，接著將單晶薄層腐蝕成一個個彼此隔離的“小島”，然后在“小島”上制成各種器件，最后用金屬互連構成集成電路。

1、深耗盡型MOS器件

圖2-18所示為P溝道深耗盡型硅-藍寶石MOS晶體管示意圖。

圖中P^-是在藍寶石上的硅外延層，P⁺區是在外延層上用硼局部擴散形成的源、漏區，用二氧化硅薄層做管子的柵介質：用鋁做柵、源和漏的電極引線。SOS技術制造CMOS電路。這樣的結構，似乎不加負柵壓，就有原始溝道存在，其實不然。由于鋁硅之間的接觸電勢差恒為負值，所以在VG=0時，柵下面的高阻P^-區就已全部形成了耗盡層，溝道區沒有自由空穴可以流動，源漏之間不能導電。為了使溝道有效地截止，必須使耗盡層厚度大于外延層厚度（即P^-區全部耗盡），所以要求外延層電阻率足夠高，通常大于10Ω.cm。

當柵上加負偏壓時，表面就積累空穴，源漏之間就可以導電。SOS技術制造CMOS電路。由上面分析知道，這種器件是增強型工作的。由于靠足夠厚的耗盡層來保證器件截止而處于增強型工作，所以稱為深耗盡型硅-藍寶石MOS晶體管。

2、硅-藍寶石CMOS電路

用SOS技術制作CMOS電路，有深耗盡型和二次外延型兩種形式，它們與以硅襯底的工藝相比，具有許多優點：

①因為器件都做在1μm厚度的硅外延層上，源漏擴散都穿通外延層，故只有橫向PN結存在，且結面積很小，這就大大降低了PN結寄生電容，比一般工藝中的源漏電容要小30倍左右。有利于提高工作速度。

②器件彼此之間是空氣隔離，所以不需要普通工藝所采用的隔離環，不僅減小了混電和電容，而且也大大縮小了面積，提高了集成度。尺寸可比普通工藝減小百分之三十左右。

③ 由于不存在寄生的MOS管效應，場氧化層可以做得比較薄。鋁線大多是在絕緣的襯底上，其分布電容也大大減小。

④抗輻射能力強。

（1）深耗盡型COMOS工藝

圖6-19為深耗盡型CMOS電路工藝的主要步驟，其工藝過程如下：

①首先在拋光的藍寶石襯底上外延生長一層厚度約為1μm、電阻率為10Ω.cm的P型硅層，并在400℃時淀積SiO2保護膜（圖6-19（a））。

②光刻，將不做器件的硅層腐蝕掉，留下要做管子的外延層“小島”（圖6-19（b））。

③低溫流積摻硼的SiO2然后進行光刻，只留下構成P溝道器件處的SiO2層（圖6-

19（c））。

④低溫淀積摻磷的SiO2然后進行光刻，只留下構成N溝道處的摻磷SiO2層（圖6-

19（d））。

⑤刻柵，分別確定NMOS和PMOS的溝道區。

⑥柵氧化并同時進行硼、磷擴散。在柵氧化過程中，參雜氧化物中的硼、磷分別向兩個“小島”擴散，形成NMOS和PMOS器件的源漏區（圖6-19（e））。

⑦刻源、漏區的引線孔。

⑧蒸鋁，反刻，形成電路引線（圖6-19（f））。

圖6-19（f）右邊的為P⁺P^-P⁺結構，是深耗盡型增強工作的PMOS晶體管，左邊的N⁺P^-結構，是增強型NMOS晶體管。這種CMOS電路對外延層電阻率和厚度要求比較嚴格，因此要求外延層電阻足夠高，以保證P溝道耗盡層大于外延層厚度，但電阻率又不能太高，否則會使NNOS管的閾值電壓變負。SOS技術制造CMOS電路。但是深耗盡型的VT數值可以做得比較低，這是它的特點。

（2）兩次外延法CMOS工藝

兩次外延法與深耗盡型不同，NMOS管做在P型外延層上，而PMOS管做在N型外延層上。N型外延層和上型外延層是分兩次在藍寶石上外延生長而成的。具體工藝步驟如下：

①一次外延，在藍寶石上生長一層P型硅單晶，腐蝕掉不用的部分，隨后淀積SiO2保護層（圖6-20（a）、（b））。

②二次外延，在經過一次外延的片子上，再生長一層N型硅單晶，同樣腐蝕掉不用的部分。這樣，就形成兩個P型和N型“小島”（圖6-20（c）、（d））。

③分別進行擴散，形成NMOS和PMOS的源漏區（圖6-20（e）。

④刻引線孔、蒸鋁、反刻、形成電極引線（圖6-20（f））。

這種工藝比較復雜，但由于NMOS管和PMOS管分別做在兩個外延層上，二者彼此獨立，所以電阻率的要求可以放寬些。

SOS工藝的基礎是生長高質量的硅外延層，這與絕緣襯底的材料質量和加工密切相關。襯底材料要與硅的晶格相匹配，要求襯底單晶完整，與硅的熱膨脹系數接近，并便于加工。

由于硅和藍寶石的單晶結構不同（前者是立方對稱結構，后者是菱形結構），所以生長高質量的硅外延層難度較大。SOS技術制造CMOS電路。采用具有立方對稱結構的尖晶石代替藍寶石作為絕緣襯底，可以克服這一困難，因為尖晶石與硅的失配比藍寶石小，但尖晶石難以獲得，其機械強度不如藍寶石。

聯系方式：鄒先生

聯系電話：0755-83888366-8022

手機：18123972950

QQ：2880195519

聯系地址：深圳市福田區車公廟天安數碼城天吉大廈CD座5C1

請搜微信公眾號:“KIA半導體”或掃一掃下圖“關注”官方微信公眾號

請“關注”官方微信公眾號:提供  MOS管  技術幫助