PMOS(Positive channel Metal Oxide Semiconductor,P 溝道金屬氧化物半導體)工藝制程技術是最早出現的MOS 工藝制程技術,它出現在20世紀60年代。早期的 PMOS 柵極是金屬鋁柵,MOSFET 的核心是金屬-氧化物-半導體,它們組成電容,形成電場,所以稱為金屬氧化物半導體場效應管。PMOS 是制作在n型襯底上的p溝道器件,采用鋁柵控制器件形成反型層溝道,溝道連通源極和漏極,使器件開啟導通工作。PMOS 是電壓控制器件,依靠空穴導電工作。由于空穴的遷移率較低,所以PMOS 的速度很慢,最小的門延時也要80 ~ 100ns 。??
由于 PMOS 源漏離子擴散后需要高達900°C的高溫工藝進行退火激活,而鋁柵的熔點是660°C,不能承受900°C的高溫,所以 PMOS的鋁柵必須在源漏有源區形成之后再經過一道光刻和刻蝕形成的,這就造成了形成源漏有源區與制造鋁柵需要兩次光刻步驟,這兩次光刻形成的圖形會存在套刻不齊的問題。如圖1-2 所示為形成 PMOS 源漏有源區的工藝步驟,包括圖1-2a的光刻、圖1-2b的顯影、圖1-2c的刻蝕和圖1-2d的離子擴散。N-sub(N-substrate)是n型襯底。圖1-3所示為形成PMOS 通孔和鋁柵的光刻和刻蝕。圖1-4所示為形成PMOS 鋁互連和鋁柵的光刻和刻蝕。圖1-5a 所示為形成 PMOS 鋁柵后的剖面圖,源漏有源區的邊界與鋁柵產生交疊或者間距問題。當源漏有源區與鋁柵套刻不齊時會造成器件尺寸誤差和電性參數誤差,也會造成器件無法形成溝道或者溝道中斷等問題從而影響器件性能。為了解決這些問題,在PMOS 版圖設計上采用鋁柵重疊設計,也就是鋁柵的版圖長度要比PMOS的實際溝道要長一些,這樣就造成鋁柵與源漏有源區產生重疊,如圖1-5b所示,這種鋁柵重疊設計會導致柵極寄生電容Cgs(鋁柵與源極的寄生電容)和Cgd(鋁柵與漏極的寄生電容)增大,另外也增加了柵極長度,所以也會增加器件的尺寸,降低了集成電路的集成度。因為集成電路的集成度較低,所以 PMOS工藝制程技術只能用于制作寄存器等中規模集成電路。
PMOS 是電壓控制器件,它的功耗很低,它非常適合應用于邏輯運算集成電路。但是PMOS 的速度很慢,所以PMOS 工藝集成電路主要應用于手表和計算器等對速度要求非常低的領域。
圖1-6所示為1974年加德士半導體利用 PMOS設計的時鐘集成電路。
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原文標題:PMOS 工藝制程技術簡介
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