布局基础知识
- 层次定义版图
- N阱
-
- N阱概念
- N阱的作用
- N阱制作
- N陷阱制作流程图
- Layout图示
- 有源区(薄氧区)
-
- 有源区概念
- 有源区制造
- LOCOS
- Layout图示
- 多晶硅1(Poly1)
-
- 栅极制作
- Layout图示
- P /N 扩散区
-
- Layout图示
- Layout图示
- 接触孔
-
- Layout图示
- 金属层(Metal)
-
- Layout图示
- 通孔VIA
- 简单反相器版图
-
- N阱(TB)
- 有源区(TO)
- Poly1(GT)
- Poly2阻挡层(IM)
- P 扩散区
- N 扩散区
- 接触孔
- 金属层1
- 通孔
- 金属层2
层次定义版图
层 | 英语(缩写) | 版图层 |
---|---|---|
有源区 | Active (diff / thin oxide) | TO |
N阱 | Nwell | TB |
场注入 | — | PT |
正常Vth沟道注入 | — | BC |
低Vth NMOS沟道注入 | LVN | |
低Vth PMOS沟道注入 | LVP | PS |
耗尽型NMOS沟道注入 | VDN | ND |
耗尽型PMOS沟道注入 | VDP | PD |
纵向NPN基区注入 | P-base | BA |
多晶硅 | Poly1 | GT |
N型源/漏 | N | SN |
P型源/漏 | P | SP |
ROM | ROM | RO |
Poly2阻挡层 | High Res | IM |
Poly2 | Poly2 | PC |
接触孔 | Contact | W1 |
金属1 | Metal1 | A1 |
M1和M2接触孔 | VIA1 | W1 |
金属2 | Metal2 | A2 |
M2和M3接触孔 | VIA2 | W3 |
金属3 | Metal3 | A3 |
焊盘PAD | PAD | CP |
N阱
N阱概念
- 如果制造集成电路的硅片与磷等主要杂质混合,则该类硅片称为n型硅;如果与硼等主要杂质混合,则该类硅片称为p型硅。
- 在制作CMOS集成电路时,N沟MOSFET(简称NMOS)直接制作在p衬底上;P沟MOSFET(简称PMOS)N陷阱需要制作。
- 实际上制造集成电路前,有些CMOS该过程需要在硅片上生长一层延伸层,以减少锁定效应的影响。外延层和原衬底通常被称为衬底。使用n陷阱的过程称为n陷阱过程。使用n衬底p陷阱的过程称为P陷阱过程。
- 牺牲了现代技术PMOS性能来优化NMOS性能,所以大部分工艺都是N陷阱工艺;还有同时使用N陷阱和P陷阱的工艺,称为双陷阱工艺。
- N寄生二极管由陷阱和P衬底组成CMOS电路衬底通常接收最低点评,以确保二极管处于反偏差。
N阱的作用
- 制造的主要作用PMOS;
- 掺杂浓度低,电阻率高,可用于制造电阻,称为陷阱电阻;
- N陷阱可与衬底形成二极管,可用于制造寄生管PNP管。
N阱制作
-
硅片涂胶后,将硅片放在光线下,通过显影去除光刻胶;
-
氧化层生长
-
曝光
- 在光刻胶工艺后,曝光部分溶解,未曝光部分留下,涂层材料为正性光刻胶;
- 此时的掩模板类似于遮光板,绿色部分不透明,镂空白色部分透明;
- 在光刻胶过程中,曝光部分保留在涂层曝光和显影后,未曝光溶解,涂层材料为负光刻胶。
- 此时的掩模板类似于透明板,蓝色部分不透明,其余部分透明;
- 无论如何,核心思想都是创造一个混合的区域;
-
掺杂
- 将硅片暴露在施主原子下,施主杂质会被光刻胶挡住,并通过光刻胶上的开孔扩散到开孔区的硅片中;
-
去掉光刻胶,形成N陷阱
- 扩散到一定时间后,N陷阱的深度达到工艺预期。
- 主要杂质不仅沿垂直硅片的方向扩散(纵向扩散),而且在硅片中间(横向扩散),与N陷阱的设计规则密切相关。
N陷阱制作流程图
Layout图示
有源区(薄氧区)
有源区概念
- 源区、漏区、沟道区合称MOS管的有源区,有源区之外的区域定义为场氧区(Fox)。有源区跟场氧区之和就是整个芯片表面,即 Active + Fox = Surface。
- 有源区叫Active,也叫diff 或 thin oxide。
- 有源区只要用于制造N型器件和P型器件,也可以用于金属1和衬底或阱的接触。从某种意义上说有源区的掩膜板主要用于打开离子注入的窗口。
- 实际上有源区掩膜板的意义在于作为制造硅局部氧化(LOCOS)和薄氧(封闭图形内形成薄氧,封闭图形外形成LOCOS)。
有源区制造
LOCOS
- LOCOS (Local Oxidation of Silicon:硅的局部氧化): CMOS工艺最常用的隔离技术,以氮化硅为掩膜实现了硅的选择氧化,在这种工艺中,除了形成有源晶体管的区域以外,在其它所有重掺杂硅区上均生长一层厚的氧化层,称为隔离或场氧化层。
- 缺点:常规的LOCOS工艺由于有源区方向的场氧侵蚀(SiN边缘形成类似鸟嘴的结构,称为“鸟喙效应”bird beak)和场注入的横向扩散。
- 这种侵蚀会影响MOSFET的沟道宽度,所以实际制造出来的器件的沟道长度会比版图所画的沟道长度小。现代工艺中0.25um以下特征尺寸的工艺一般不使用LOCOS做隔离,而是使用浅槽隔离(STI)。
Layout图示
多晶硅1(Poly1)
- 作用
- 最主要的作用是用于制造MOSFET的栅;
- Poly1和Poly2制造PIP电容(多晶硅1—绝缘层—Poly2);
- Poly电阻;
- Poly互连(此时最大的问题是Poly的方块电阻数量级比较大);
栅极制作
- 晶体管中栅结构的制作是流程中最关键的一步,因为它包含了最薄栅氧化层的热生长以及多晶硅栅的刻蚀,而多晶硅栅的宽度通常都是整个硅片上最关键的线宽。
- 栅氧化层的生长 > 多晶硅淀积 > 多晶硅掩模制作 > 多晶硅栅刻蚀
- Poly跨过有源区时,源、漏和沟道自对准于栅,这也称为自对准工艺。
- 在不制作器件时,禁止多晶跨过有源区,避免产生寄生器件。
- 多晶在形成器件时,需要超过有源区一定距离,保证源漏不会发生短路。
Layout图示
P+/N+扩散区
- 有源区的掩膜板主要用于打开离子注入的窗口。而P+和N+扩散区的作用在于实现离子的注入,从而控制硅的掺杂类型。
- 多晶硅栅可以作为NMOS和PMOS的源/漏的自对准掩膜,注入可以按照任意顺序进行,可以先进行N型源漏的注入,也可以先进行P型源漏的注入。
Layout图示
Layout图示
接触孔
- 接触的目的是在所有的硅的有源区和Poly形成金属接触,这层金属接触可以使硅和随后淀积的金属导电材料更加紧密的结合。
Layout图示
金属层(Metal)
- 接触孔硅化后,在晶圆上淀积掺铜的铝层,淀积金属后的晶圆涂上光刻胶并采用金属掩模版光刻,去除不需要的金属,形成互连结构。
Layout图示
通孔VIA
- 层间介质充当各层金属以及第一层金属与硅之间的介质材料。层间介质上有许多小的通孔,这些层间介质为相邻的金属层之间提供了电学通道。通孔中常用导电金属(比如钨)来填充,形成金属层间的电学通路。
简单反相器版图
N阱(TB)
有源区(TO)
Poly1(GT)
Poly2阻挡层(IM)
P+扩散区
N+扩散区
接触孔
金属层1
通孔
金属层2