PMOS工藝制程技術簡介

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(xiàn)的MOS 工藝制程技術，它出現(xiàn)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(qū)形成之后再經(jīng)過一道光刻和刻蝕形成的，這就造成了形成源漏有源區(qū)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(qū)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(qū)的邊界與鋁柵產(chǎn)生交疊或者間距問題。當源漏有源區(qū)與鋁柵套刻不齊時會造成器件尺寸誤差和電性參數(shù)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(qū)產(chǎn)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(guī)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。