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TEMA 7
Tecnología y fabricación de CIs
G. Fabricación de dispositivos: Etapa CMOS
http://jas.eng.buffalo.edu/education/fab/invFab/index.html
http://www.usna.edu/EE/ee452/LectureNotes/02-_CMOS_Process_Steps/08_Simple_CMOS_Fab.ppt#3
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Tema 7. Tecnología y Fabricación de CIs
II. Fabricación de una etapa inversora CMOS
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Inversor (NOT)
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II. Fabricación de una etapa inversora CMOS
The following discussion will concentrate on the wellestablished CMOS fabrication technology, which requires that both
n-channel (nMOS) and p-channel (pMOS) transistors be built on
the same chip substrate.
To accommodate both nMOS and pMOS devices, special
regions must be created in which the semiconductor type is
opposite to the substrate type. These regions are called wells or
tubs. A p-well is created in an n-type substrate or, alternatively, an
n- well is created in a p-type substrate. In the simple n-well CMOS
fabrication technology, the nMOS transistor is created in the p-type
substrate, and the pMOS transistor is created in the n-well, which
is built-in into the p-type substrate.
Oxide
Isolation
G
-VSS
p+
G
S
D
D
S
n+
n+
p+
p+
+VDD
n+
n-well
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n-MOSFET
p-MOSFET
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II. Fabricación de una etapa inversora CMOS
The simplified process sequence for the fabrication of CMOS
integrated circuits on a p- type silicon substrate is shown.
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Starts with the creation of the n-well regions for pMOS transistors,
by impurity implantation into the substrate.
A thick oxide is grown surrounding the nMOS and pMOS regions.
The thin gate oxide is grown on the surface by thermal oxidation.
Polysilicon of the gate is deposited.
Creation of n+ and p+ regions (source, drain and channel-stop
implants) Together with a self-aligning of the gate.
Finally the metallization is created (creation of metal
interconnects).
Metallization
Oxide
Isolation
G
-VSS
p+
G
S
D
D
S
n+
n+
p+
p+
+VDD
n+
n-well
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n-MOSFET
p-MOSFET
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II. Fabricación de una etapa inversora CMOS
1. Substrate.
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II. Fabricación de una etapa CMOS
2. The first step is to form the SiO2 layer(0.5 - 1um thick) by thermal oxidation.
Etapa 1:
crecimiento de la
capa de óxido
nativo.
The oxidation temperature is generally in the range of 900 - 1200 degree C, and the typical gas flow rate
is about 1cm/s. The method of producing an oxide layer consists of heating a silicon wafer in an
oxidizing atmosphere.
The wafer boat is slowly inserted into a fused silica tube wrapped in an electrical heating mantle. The
temperature of the wafers gradually rises as Oxygen gas blowing through the tube passes over the
surface of wafers. And oxygen molecules can actually diffuse through the oxide layer to reach the
underlying silicon. There,
oxygen and silicon react, and the layer of oxide gradually grows thicker.
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II. Fabricación de una etapa CMOS
3. Following oxidation, several drops of positive Photoresist are dropped on the wafer.
Etapa 2: Apertura
de la ventana del
transistor P-MOS
Primer proceso
fotolitográfico
Following oxidation, several drops of positive Photoresist(e.g. Shipley S1818) are dropped on the wafer.
The wafer is spun at about 3000rpm to be uniformly spread out.
After the spinning step, the wafer is given a pre-exposure baking (80 - 100 degree C) to remove the
solvent from the PR film and improve adhesion to the substrate.
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4. Proceso de implantación iónica y difusión del pozo N.
Etapa 3:
formación del
pozo N del
transistor P-MOS
After the oxide etch, ion implantation deposits a controlled dose of phosphorus through the etched
window.
A prolonged high-temperature drive creates a deep lightly doped N-type region called, N-Well.
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5. Crecimiento de la capa de óxido de campo.
Etapa 4: Óxido de
campo
Idéntica a la primera etapa.
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6. Define the active area (Drain and Source regions) by photolithography.
Etapa 5:
Definición de
SyD
Segundo proceso
fotolitográfico
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7. Crecimiento de una delgada capa de oxido nativo: OXIDO DE PUERTA.
Etapa 6:
Crecimiento de
una delgada capa
de óxido de
puerta
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8. Creación de los contactos de puerta: Deposición de Poli-Silicio.
Etapa 7:
Contactos de
puerta de Poly-Si
Polysilicon Deposition:
A patterned poly layer is produced by first depositing polsilicon across the wafer.
The wafer is then coated with photoresist, patterned, and etched to selectively remove the polysilicon.
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8. Litografía del Poly-Si de los contactos de puerta
Etapa 8: Litografía
de Poly-Si de
puerta
Tercer proceso
fotolitográfico
Polysilicon Deposition:
A patterned poly layer is produced by first depositing polsilicon across the wafer.
The wafer is then coated with photoresist, patterned, and etched to selectively remove the polysilicon.
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9. Creación de Litografía para Implantación de Arsénico de regiones n+.
Etapa 9: Litografía
para definir las
regiones n+
Cuarto proceso
fotolitográfico
The arsenic implant begins with the application of photoresist to the wafer, followed by
patterning using the NSD mask.
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10. Creación de fuente y drenador tipo n+ mediante Implantación de Arsénico.
Etapa 10:
Implantación
iónica de las
regiones n+
Shalllow, heavily doped N-type regions are then formed by implanting arsenic through the exposed gate
oxide.
Proceso de AUTOALINEADO: The polysilicon gate blocks this implant from the regions directly
underneath the gate and therefore minimizes the gate/source and gate/drain overlap capacitances.
Once the implant has been
completed, the photoresist residue is stripped from the wafer.
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11. Proceso litográfico para definir las regiones p+ de fuente y drenador
Etapa 11:
Litografía para
definir las
regiones p+
Quinto proceso
fotolitográfico
The boron implant begins with the application of a second photoresist layer patterned using the PSD
mask.
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12. Crear las regiones p+ de fuente y drenador mediante implante de boro.
Etapa 12:
Implantación de
las regiones p+
A shallow, heavily doped P-type region is formed by implanting boron through the exposed gate oxide.
As with the NSD implant, the PSD implant self-aligns to the polysilicon and the PMOS transistors also
exhibit minimal overlap capacitance.
Following the PSD implant, photoresist is again stripped from the wafer.
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13. Crecimiento de óxido de pasivación: Protección del dispositivo.
Etapa 13:
Oxidación
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II. Fabricación de una etapa CMOS
14. Proceso fotolitográfico para la creación de las vías de metalizaciones de fuente y
drenador.
Etapa 14:
Litografía para
definir vias de
metalizaciones de
SyD
Sexto proceso
fotolitográfico
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15. Deposición de las Interconexiones de aluminio.
Etapa 14:
Deposición de
aluminio
A thin film of refractory metal sputtered over the wafer precedes a much thicker layer of copper-doped
aluminum.
The metallized wafer is coated with photoresist and patterned, using the metal mask. A suitable
etchant then removes unwanted metal to form the interconnection pattern.
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16. Finalización.
Etapa 15:
Litografía para
dividir
metalizaciones de
G, S y D
Septimo proceso
fotolitográfico
Tras el último paso litográfico se termina el proceso de fabricación.
Se muestra la conexiones de tierra, polarización, la unión de los terminales de puerta (terminal Vi de la
etpa inversora) y el terminal de salida V0.
Se muestra también la vista superior (layout del circuito).
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