版图层次定义

层	英文（缩写）	版图层
有源区	Active （diff / thin oxide）	TO
N阱	Nwell	TB
场注入	—	PT
正常Vth沟道注入	—	BC
低Vth NMOS沟道注入	LVN
低Vth PMOS沟道注入	LVP	PS
耗尽型NMOS沟道注入	VDN	ND
耗尽型PMOS沟道注入	VDP	PD
纵向NPN基区注入	P-base	BA
多晶硅	Poly1	GT
N型源/漏	N+	SN
P型源/漏	P+	SP
ROM	ROM	RO
Poly2阻挡层	High Res	IM
Poly2	Poly2	PC
接触孔	Contact	W1
金属1	Metal1	A1
M1和M2接触孔	VIA1	W1
金属2	Metal2	A2
M2和M3接触孔	VIA2	W3
金属3	Metal3	A3
焊盘PAD	PAD	CP

N阱

N阱概念

• 如果制造集成电路的硅片掺杂了磷等施主杂质，则该类型的硅片称为n型硅；如果掺杂了硼等受主杂质，则该类型的硅片称为p型硅。
• 在制作CMOS集成电路时，N沟MOSFET（简称NMOS）直接制作在p衬底上；P沟MOSFET（简称PMOS）需要制作在N阱上。
  
• 实际上制造集成电路前，有些CMOS工艺需要先在硅片上生长一层外延层，以减少闩锁效应的影响。习惯上把外延层和原来的衬底都称作衬底。使用p衬底n阱的工艺称为N阱工艺。使用n衬底p阱的工艺称P阱工艺。
• 现代工艺出于牺牲PMOS性能来优化NMOS性能，所以大多数工艺都是N阱工艺；也有同时使用N阱和P阱的工艺，称为双阱工艺。
• N阱和P衬底构成寄生二极管，在CMOS电路中衬底通常接最低点评，确保二极管处于反偏。
  

N阱的作用

• 主要作用制造PMOS；
• 掺杂浓度较低，电阻率较高，可用于制造电阻，称为阱电阻；
• N阱可以和衬底构成二极管，可用于制造寄生PNP管。

N阱制作

• 硅片涂胶后，通过N阱掩模版，将硅片放在光线下，通过显影去掉被光照的光刻胶；

• 氧化层生长
  

• 曝光

  • 在光刻胶工艺过程中，涂层曝光、显影后，曝光部分被溶解，未曝光部分留下来，该涂层材料为正性光刻胶；
  • 此时的掩模版类似遮光板，绿色部分不透光，镂空的白色部分透光；
    
  • 在光刻胶工艺过程中，涂层曝光、显影后，曝光部分被保留下来，而未曝光被溶解，该涂层材料为负性光刻胶。
  • 此时的掩模版类似透明板，蓝色部分不透光，其余部分透光；
    
  • 无论是哪种方式，核心思想都是制造一个区域，用以掺杂；

• 掺杂

  • 将硅片暴露在施主原子下，施主杂质会被光刻胶挡住，同时通过光刻胶上的开孔扩散到开孔区域的硅片中；
    
    

• 去掉光刻胶，形成N阱

  • 扩散到一定时间后，N阱的深度达到工艺期望值。
  • 施主杂质不仅会沿垂直硅片的方向扩散（纵向扩散），也会在硅片中间向四周扩散（横向扩散），此特性跟N阱的设计规则密切相关。
    
    

N阱制作流程图

Layout图示

有源区（薄氧区）

有源区概念

• 源区、漏区、沟道区合称MOS管的有源区，有源区之外的区域定义为场氧区（Fox）。有源区跟场氧区之和就是整个芯片表面，即 Active + Fox = Surface。
• 有源区叫Active，也叫diff 或 thin oxide。
• 有源区只要用于制造N型器件和P型器件，也可以用于金属1和衬底或阱的接触。从某种意义上说有源区的掩膜板主要用于打开离子注入的窗口。
• 实际上有源区掩膜板的意义在于作为制造硅局部氧化（LOCOS）和薄氧（封闭图形内形成薄氧，封闭图形外形成LOCOS）。

有源区制造

LOCOS

• LOCOS （Local Oxidation of Silicon：硅的局部氧化）： CMOS工艺最常用的隔离技术，以氮化硅为掩膜实现了硅的选择氧化，在这种工艺中，除了形成有源晶体管的区域以外，在其它所有重掺杂硅区上均生长一层厚的氧化层，称为隔离或场氧化层。
• 缺点：常规的LOCOS工艺由于有源区方向的场氧侵蚀（SiN边缘形成类似鸟嘴的结构，称为“鸟喙效应”bird beak)和场注入的横向扩散。
  
• 这种侵蚀会影响MOSFET的沟道宽度，所以实际制造出来的器件的沟道长度会比版图所画的沟道长度小。现代工艺中0.25um以下特征尺寸的工艺一般不使用LOCOS做隔离，而是使用浅槽隔离（STI）。

Layout图示

多晶硅1（Poly1）

• 作用
  • 最主要的作用是用于制造MOSFET的栅；
  • Poly1和Poly2制造PIP电容（多晶硅1—绝缘层—Poly2）；
  • Poly电阻；
  • Poly互连（此时最大的问题是Poly的方块电阻数量级比较大）；

栅极制作

• 晶体管中栅结构的制作是流程中最关键的一步，因为它包含了最薄栅氧化层的热生长以及多晶硅栅的刻蚀，而多晶硅栅的宽度通常都是整个硅片上最关键的线宽。
• 栅氧化层的生长 > 多晶硅淀积 > 多晶硅掩模制作 > 多晶硅栅刻蚀
  
  
  
  
  
• Poly跨过有源区时，源、漏和沟道自对准于栅，这也称为自对准工艺。
• 在不制作器件时，禁止多晶跨过有源区，避免产生寄生器件。
• 多晶在形成器件时，需要超过有源区一定距离，保证源漏不会发生短路。

Layout图示

P+/N+扩散区

• 有源区的掩膜板主要用于打开离子注入的窗口。而P+和N+扩散区的作用在于实现离子的注入，从而控制硅的掺杂类型。
• 多晶硅栅可以作为NMOS和PMOS的源/漏的自对准掩膜，注入可以按照任意顺序进行，可以先进行N型源漏的注入，也可以先进行P型源漏的注入。
  
  
  

Layout图示

Layout图示

接触孔

• 接触的目的是在所有的硅的有源区和Poly形成金属接触，这层金属接触可以使硅和随后淀积的金属导电材料更加紧密的结合。
  

Layout图示

金属层（Metal）

• 接触孔硅化后，在晶圆上淀积掺铜的铝层，淀积金属后的晶圆涂上光刻胶并采用金属掩模版光刻，去除不需要的金属，形成互连结构。
  

Layout图示

通孔VIA

• 层间介质充当各层金属以及第一层金属与硅之间的介质材料。层间介质上有许多小的通孔，这些层间介质为相邻的金属层之间提供了电学通道。通孔中常用导电金属（比如钨）来填充，形成金属层间的电学通路。

简单反相器版图

N阱（TB）

有源区（TO）

Poly1（GT）

Poly2阻挡层（IM）

P+扩散区

N+扩散区

接触孔

金属层1

通孔

金属层2