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《微电子技术综合实践》

设计报告

题目： n阱CMOS芯片的设计 院系： 自动化与信息工程学院 专业班级： 微电122 学生学号： 学生姓名： 指导教师姓名： 职称： 起止时间： 2015.***---*** 成绩：

目 录

一． 设计指标要求..........................................................................................2

1.任务.........................................................................................................2 2.特性指标要求.........................................................................................2 3.结构参数参考值.....................................................................................2 4设计内容.................................................................................................2 二． MOS器件特性分析................ ................................................................3 1.NMOS的参数设计与计算 .................................................................3 2.PMOS的参数设计与计算.... ...............................................................4

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三． 工艺流程分析......................................................................... ................5 1.工艺流程框图.......................................................................................5 2具体工艺流程分析...............................................................................5 四． 掺杂工艺参数计算.................................................................................14 1.形成N阱的工艺参数计算.................................................................14 2.NMOS源漏区掺杂的工艺方法和工艺条件......................................15 3.PMOS源漏区掺杂的工艺方法和工艺条件.......................................16 4.氧化层厚度的计算及验证...................................................................17 5.生长多晶硅栅膜...................................................................................18 6.生长垫氧化层.......................................................................................19 7.生长场氧...............................................................................................19 8.生长栅氧化层.......................................................................................19 9.氮化硅...................................................................................................19 10.磷硅玻璃.............................................................................................20 五． 工艺实施方案..........................................................................................20 六． 总结..........................................................................................................24 七． 参考文献..................................................................................................25 附：光刻掩膜版图纸

一．设计指标要求

1.任务：n阱CMOS芯片制作工艺设计 2.特性指标要求：

n沟多晶硅栅MOSFET：阈值电压VTn=0.5V, 漏极饱和电流IDsat≥1mA, 漏源饱和电压VDsat≤3V，漏源击穿电压BVDS=35V, 栅源击穿电压BVGS≥20V, 跨导gm≥2mS, 截止频率fmax≥3GHz（迁移率μn取600cm2/V·s）

p沟多晶硅栅MOSFET：阈值电压VTp= -1V, 漏极饱和电流IDsat≥1mA, 漏源饱和电压VDsat≤3V，漏源击穿电压BVDS=35V, 栅源击穿电压BVGS≥20V, 跨导gm≥0.5mS, 截止频率fmax≥1GHz（迁移率μp取220cm2/V·s） 3. 结构参数参考值：

p型硅衬底的电阻率为50 ??cm；

n阱CMOS芯片的n阱掺杂后的方块电阻为690?/□，结深为5~6?m； pMOS管的源、漏区掺杂后的表面浓度1?1020cm-3，结深为0.3~0.5?m； nMOS管的源、漏区掺杂后的表面浓度1?1020cm-3，结深为0.3~0.5?m； 场氧化层厚度为1?m；垫氧化层厚度约为600 ?；栅氧化层厚度为400 ?； 氮化硅膜厚约为1000 ?；多晶硅栅厚度为4000 ~5000 ?。 4．设计内容

（1）MOS管的器件特性参数设计计算；

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（2）n阱CMOS芯片制作的工艺实施方案（包括所设计的结构参数、制作工艺流程、方法、条件及预期的结果）；

（3）薄膜加工工艺参数计算：分析、设计实现场氧化、栅氧化、多晶硅栅层或掩蔽氧化膜等的工艺方法和工艺条件（要求给出具体温度、时间或流量、速度等），并进行结深或掩蔽有效性的验证。

二．N阱CMOS管的器件特性设计

1、 NMOS管参数设计与计算：

由栅源击穿电压BVGS，击穿电场强度EB和栅极厚度tox三者关系得：

BVGS?EBtox

tox?得

BVGS20?EB6?106V?334cm? ,并且由电容关系式子可得

Cox?则

?oxtox

Cox?1.03?10?7Fcm2

由截止频率fmax，与电子迁移率un，沟道长度L的计算关系公式：

fmax?得L?3.09?m。再由漏极饱和电流IDsat与宽长比，以及电容的关系：

?n(VGS?VT)?3GHz22?L

IDSAT?W?nCOX(VGS?VT)2?1mA2L，

W?3.60L可得。

又由跨导的计算公式：

gm?

?IDW?nCOX?(VGS?VT)?2ms?VGSL，

W?10.79L可得。

W?10.79L综上所述可得。

漏源击穿电压与禁带宽度Eg和掺杂浓度NB的经验计算公式：

BVDS得出掺杂浓度

?60(Eg1.1N)(B3/21016)?34

NB?4.70?10

15阈值电压与反型层，栅氧化层电荷量，费米势

?fp，功函数差

?ms

VTN?(|QSD(max)|?QSS)tox?ox?2?fp??ms

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