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CMOS工艺及其工艺流程 CMOS工艺及其工艺流程 CCMMOOSS工工艺艺及及其其工工艺艺流流程程 硅双极工艺面世后约3年时间，于1962年又开发出硅平面MOS 工艺技术， 并制成了MOS集成电路。与双极集成电路相比，MOS集成电路的功耗低、结构 简单、集成度和成品率高，但工作速度较慢。由于它们各具优劣势，且各自有适 合的应用场合，双极集成工艺和MOS集成工艺便齐头平行发展。 从MOS 工艺集成技术发展历史上看，也经历了从简单到复杂的发展过程， 如陆续推出了p沟硅栅MOS工艺、p沟铝栅MOS 工艺、n沟硅栅MOS 工艺、n 沟硅栅E/DMOS工艺、高性能短沟MOS（HMOS）工艺等，它们都各具优劣势， 在不同时期、不同领域得到了应用。 随着集成电路的集成度提高，功耗问题日益突出，普通MOS 工艺已不能满 足大规模和超大规模集成系统制造的需要，于是早在1963年开发出的硅CMOS 集成工艺终于有了广泛应用的机会。虽然CMOS 工艺比NMOS 工艺复杂，早期 的CMOS 器件性能也较差，但CMOS 器件的功耗极低，集成度也高，用以制造 数字LSI 和VLSI 集成电路可很好地解决最迫切的功耗问题，因而在数字LSI 和 VLSI 集成电路的制造中首先得到广泛应用，并得到快速发展，特别是自20世纪 80年代以来，更成为CPU、RAM、ROM等VLSI的主导制造工艺，并替代了NMOS 工艺。 CMOS 器件，是NMOS 和PMOS 晶体管形成的互补结构，电流小，功耗低， 早期的CMOS 电路速度较慢，后来不断得到改进，现已大大提高了速度。 CMOS 器件也有不同的结构，如铝栅和硅栅CMOS、以及p阱、n阱和双阱 CMOS。铝栅CMOS 和硅栅CMOS 的主要差别，是器件的栅极结构所用材料的 不同。P 阱CMOS，则是在n型硅衬底上制造p沟管，在p 阱中制造n 沟管，其 阱可采用外延法、扩散法或离子注入方法形成。该工艺应用得最早，也是应用得 最广的工艺，适用于标准CMOS 电路及CMOS 与双极npn 兼容的电路。N 阱 CMOS，是在p 型硅衬底上制造n 沟晶体管，在n阱中制造p沟晶体管，其阱一 般采用离子注入方法形成。该工艺可使NMOS 晶体管的性能最优化，适用于制 造以NMOS 为主的CMOS 以及E/D－NMOS 和p 沟MOS 兼容的CMOS 电路。 双阱CMOS，是在低阻n＋衬底上再外延一层中高阻n――硅层，然后在外延层 中制造n 阱和p阱，并分别在n、p阱中制造p沟和n 沟晶体管，从而使PMOS 和NMOS 晶体管都在高阻、低浓度的阱中形成，有利于降低寄生电容，增加跨 导，增强p沟和n沟晶体管的平衡性，适用于高性能电路的制造。 随着整机系统继续向高速度、低功耗、低电压和多媒体、网络化、移动化的 发展，对集成电路的要求越来越高，不断推动着集成电路工艺技术的迅速发展， 目前先进的硅CMOS 集成工艺已进入90 纳米和65 纳米领域。随着亚微米、深 亚微米、纳米CMOS 工艺技术的发展，为数字电路提供了更快、更大密度的电 路集成，也为模拟电路提供了更高性能的模拟开关和模拟电路应用的多晶硅－氧 化物－多晶硅电容，加上CMOS 工艺简单、功耗低、集成度高、芯片尺寸小、 成本低等特点，CMOS 工艺不仅是数字电路的主导工艺技术，而且已不断在模拟 和混合信号电路集成中得到应用，如含有模拟和数字电路的微控制器从20世纪 90 年代中期以来已全部采用CMOS 工艺制造，自2003年以来CMOS 工艺也成 为一些通用低功耗A/D转换器的主流制造工艺。 无线通讯系统由高频和中频模拟电路及数字信号处理电路构成。过去，一般 高频模拟电路部分采用GaAs 或硅双极工艺技术制造，中频模拟电路部分采用硅 BiCMOS 工艺技术制造，其它（如DSP）采用硅CMOS 工艺技术制造。但是， 由于现代通讯系统涉及到声音、数据、图像等多媒体信息，如果继续采用这种制 造模式来实现高频、低功耗、低噪声、低失真、小型化、低价格等性能特点的通 讯系统电路，已远远不能满足应用需要。因此，推动了工艺集成技术的继续发展 和竞争。随着CMOS 工艺技术的快速进步，在新的技术竞争中，硅CMOS 集成 工艺已成为最具综合技术优势的竞争对手之一。 以铝栅CMOS 为例说明其工艺流程如下： （1） 准备n型硅片，用以制造NMOS和PMOS 晶体管。 （2） 使用湿氧化方法，在硅片上生长设定厚度（如