硅柵工藝的主要優(yōu)點及其應(yīng)用詳解

“硅柵工藝”是采用摻雜的多晶硅來做MOS管柵電極的一種工藝，與上面介紹的常規(guī)鋁柵工藝的不同點是先在硅片上生長一層薄的二氧化硅層（柵介質(zhì)），接著淀積約為500nm的多晶硅薄層，然后刻出源、漏擴散區(qū)進行源漏擴散。“硅柵工藝”對于器件和集成電路的性能，較之常規(guī)的鋁柵工藝，具有較多的特點。

一、硅柵工藝的主要優(yōu)點

1、合適的閾電壓VT 

在鋁柵的PMOS結(jié)構(gòu)中，金屬與半導(dǎo)體硅之間的接觸電勢差是隨半導(dǎo)體摻雜濃度的不同而不同的。

對于硅柵的MOS結(jié)構(gòu)，可以考慮兩種情況：

（1）P溝道硅柵情況

即P型多晶硅和N型硅襯底，接觸電勢差為：

，如圖6-3所示。

若，從圖1-15上可查得：。

從閾值電壓的公式可以看出，鋁柵與硅柵器件的閾值電壓之差，就是兩者的接觸電勢之差，即：

若P型多晶硅是重?fù)诫s，即時，硅柵P溝道MOS管的閾值電壓比鋁柵的VT在數(shù)值上低1.1V。

（2）N溝道硅柵工藝

即N型多晶硅和P型襯底，其接觸電勢差為：若，，可查得：

如果鋁柵組成的NMOS結(jié)構(gòu)，當(dāng)時，可得。因此，鋁柵與硅柵器件的閾值電壓差為：

這表明硅柵工藝比鋁柵工藝的N溝道MOS管的閾值電壓，可以提高一些。

從上面分析知道，對于硅柵PMOS器件，具有較低的閾值電壓，可以降低電路的工作電壓，從而能與雙極型電路相容。對CMOS電路，能更好地實行NMOS器件和PMOS器件閾值電壓的良好匹配。

2、具有自對準(zhǔn)作用

由于多晶硅能夠承受較高的擴散溫度，因此可以先做柵氧化層和多晶硅電極，然后進行源漏擴散。這樣，就具有自對準(zhǔn)作用，使柵源、柵漏的交迭寄生電容大大減小，從而提高了電路的性能。

3、實現(xiàn)多層布線

摻雜多晶硅的薄層電阻可以做得比較低，小于100Ω/□。故多晶硅條可以作為電路中的附加互連引線，因為在多品硅表面上都要形成鈍化層，所以在它上面可以自由地通過鋁引線條，實行多層布線。

4、受雜質(zhì)離子玷污機會小

在硅柵工藝中，柵氧化膜生成后，立即沉積多晶硅電極，因此在整個工藝過程中，都氧化層受雜質(zhì)離子玷污的機會將大大減小，器件的穩(wěn)定性得到提高。

5、器件尺寸小

由于硅柵工藝具有自對準(zhǔn)作用，所以硅柵MOS電路與性能類似的鋁柵MOS相比，器件尺寸可以做得很小，有利于提高集成度。

由手硅柵具有以上優(yōu)點，已在MOS技術(shù)的領(lǐng)域里廣泛應(yīng)用，通常硅柵技術(shù)用來制作P溝道、N溝道MOS電路，CMOS電路及E/DMOS電路。

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