先從MOS管開始，如下圖所示，是MOS管的橫截面圖。M-O-S管的全稱稱為Metal-Oxide-Semiconductor,即這三個字母，代表的是晶體管的結構，分別為金屬柵極，薄氧化物絕緣體以及半導體溝道。

下圖示NMOS晶體管。它在P型硅襯底中制造，具有重摻雜的源極、漏極。

早期的柵極是用金屬制作的，但現在由導電的多晶硅取代。柵極位于一層薄薄的二氧化硅上，這是一種絕緣體。襯底，柵極，源極和漏極，通過金屬端子與外界連接。 ?

PMOS，是在N型硅襯底中制造，具有多晶硅柵極，P型源極和漏極，同樣器柵極，源極和漏極以及襯底通過金屬端子與外界連接。



CMOS全稱為 complementary MOS 。 在CMOS工藝中，在同一晶圓上，可以同時存在NMOS和PMOS，這樣，給電路設計帶來極大的便利。

當使用晶圓來加工IC時，有兩種摻雜形式的晶圓可以選擇，分別為P型晶圓和N型晶圓。

P型晶圓，可以用來制作NMOS; 但是PMOS需要的是N型襯底，怎么能在P型晶圓上實現呢？其實是采用N阱技術，PMOS管是在被稱為N 阱的 N 型硅區域內制成的，如下圖所示。 ? ?

與 NMOS 和 BIPOLAR 技術相比，CMOS的主要優勢是功耗要小得多。與 NMOS 或 BIPOLAR 電路不同，互補 MOS 電路幾乎沒有靜態功耗。只有在電路實際切換的情況下才會消耗功率。這允許在 IC 上集成比 NMOS 或雙極技術更多的 CMOS 門。

CMOS制造步驟和PCB加工也很類似，使用二十個基本制造步驟完成制造。以用N阱制作CMOS為例。

步驟 1：首先我們選擇一個基板作為制造的基礎。對于N-阱，選擇P-型硅襯底。



第 2 步 – 氧化：n 型雜質的選擇性擴散是使用 SiO2 作為屏障來完成的，該屏障保護晶圓的某些部分免受基板的污染。

SiO 2是通過在大約 10000c的氧化室中將襯底暴露于高質量氧氣和氫氣的氧化工藝來布局的



第 3 步——光刻膠的生長：在這個階段，為了進行選擇性蝕刻，對 SiO2 層進行光刻工藝。在這個過程中，晶片被涂上一層均勻的感光乳劑膜。



第 4 步 – 掩膜：此步驟是光刻工藝的延續。在此步驟中，使用模板制作所需的開放圖案。該模板用作光刻膠上的掩模。襯底現在暴露于紫外線下，掩模暴露區域下的光刻膠被聚合。



第 5 步 - 去除未曝光的光刻膠：去除掩模，并通過使用三氯乙烯等化學品顯影晶片來溶解未曝光的光刻膠區域。



第 6 步 - 蝕刻：將晶片浸入氫氟酸蝕刻溶液中，去除摻雜劑擴散區域的氧化物。



第 7 步 – 去除整個光刻膠層：在蝕刻過程中，受光刻膠層保護的 SiO2 部分不受影響。現在用化學溶劑（熱 H2SO4）剝離光刻膠掩模。



步驟 8 – N 阱的形成：n 型雜質通過暴露區域擴散到 p 型襯底中，從而形成 N 阱。



第 9 步 – 去除 SiO2：現在使用氫氟酸去除 SiO2 層。



第 10 步 - 多晶硅沉積：CMOS 晶體管的柵極未對準會導致不需要的電容，從而損壞電路。因此，為了防止這種“自對準柵極工藝”，最好在使用離子注入形成源極和漏極之前形成柵極區域。

多晶硅用于柵極的形成是因為它可以承受大于80000℃的高溫，當晶片經過退火方法形成源極和漏極時。多晶硅通過使用化學沉積工藝沉積在柵極氧化物薄層上。多晶硅層下方的這種薄柵極氧化物可防止柵極區域下方的進一步摻雜。 步驟 11 - 柵極區域的形成：除了為NMOS 和 PMOS 晶體管形成柵極所需的兩個區域外，多晶硅的剩余部分被剝離。



第 12 步 – 氧化工藝：在晶圓上沉積一層氧化層，作為進一步擴散和金屬化工藝的屏蔽層。



第 13 步 – 掩蔽和擴散：為了使用掩蔽工藝制作用于擴散 n 型雜質的區域，制作小間隙。



使用擴散工藝開發了三個 n+ 區域，用于形成 NMOS 的端子。



第 14 步 – 去除氧化物：剝去氧化層。



第 15 步 – P 型擴散：類似于用于形成 PMOS 的 p 型擴散端子的 n 型擴散。



第 16 步 - 厚場氧化層的鋪設：在形成金屬端子之前，鋪設厚場氧化層，以便為不需要端子的晶圓區域形成保護層。



步驟 17 – 金屬化：此步驟用于形成可以提供互連的金屬端子。鋁被涂在整個晶片上。



第 18 步 – 去除多余金屬：從晶圓上去除多余的金屬。 步驟 19 - 端子的形成：在去除多余金屬端子后形成的間隙中，形成互連。



第 20 步 – 分配端子名稱：為NMOS 和 PMOS 晶體管的端子分配名稱。

審核編輯：劉清