CMOS工藝鋁柵與硅柵工藝步驟及版圖設計舉例解析

1、CMOS工藝鋁柵

MOS場效應管中的柵極材料除用鋁以外，還可以用多晶硅，只要多晶硅中摻入一定的雜質，使其導電能力較強即可。

鋁柵CMOS工藝中用鋁作柵極材料，由于鋁材料不耐高溫，因此必須先做高溫漏源擴散工藝，最后淀積鋁柵電極。例如制作一個p溝MOS管，其具體工藝步驟是，先光刻P溝漏源區，進行硼擴散以形成p溝MOS管的漏和源；再光刻柵去除MOS管溝道區上的原氧化層，進行柵氧化和光刻引線孔；最后，形成鋁連線的同時，在柵氧化層上覆蓋鋁柵電極。

其工藝步驟為：

（1）光刻p⁺漏源區；

（2）硼擴散；

（3）光刻柵；

（4）柵氧化；

（5）光刻引線孔；

（6）鋁電極淀積和光刻。

如圖4.1-2a所示。圖4.1-2b為p溝MOS管的相應版圖。

2、CMOS工藝硅柵

硅柵CMOS工藝中，用多品硅作柵極材料。由于多品硅耐高溫，因此在工藝步驟上可以先做多品硅柵極，隨后進行高溫漏源擴散，如圖4.1-3a所示，圖4.1-3b為p溝MOS管的相應版圖。

在鋁棚工藝中，光刻柵及鋁柵電極的掩膜版設計必須與漏源區有一定的交疊，以保證MOS管漏源之間的溝道區確實受到柵極電壓的控制，交疊量的大小視光刻所能達到的套準精度而定。因此，鋁柵工藝制作的MOS管存在著較大的柵-源和棚-漏寄生電容。

在硅柵工藝中是先做好多晶硅柵電極，然后以硅柵電極作掩膜來進行漏源擴散的，這種工藝實現了柵電極與漏源區的自對準，即消除了柵電極與漏源區之間的交疊寄生電容，大大提高了電路的速度。當然，由于漏源擴散時的側向擴散，柵-源、柵-漏間還是存在著交疊部分，但比起鋁柵工藝來，這個交疊量就小多了。

此外，在硅柵工藝中，多晶硅除了作柵電極外，還可用作電路的連線。這樣，相當于自然的雙層布線，便于電路的排版，節省芯片面積。

在邏輯電路中，鋁柵和硅柵CMOS已形成了兩大產品系列，鋁柵CMOS產品速度低，但工藝比較簡單，因此價格便宜。硅柵CMOS速度高，但工藝較復雜，價格較貴。在CMOS模擬電路中，前期采用鋁柵的比較多，而現在采用硅柵的正在逐步增加。

在大規模集成電路中，連線又多又長，采用多晶硅連線，方塊的電阻較大，不利于速度的提高，用難熔金屬如鈕，或硅化物如硅化鎢、硅化鈦等作為柵極材料的電路已開始研制。

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