数字集成电路第1章

1、数字集成电路数字集成电路三部分内容三部分内容l晶体管、MOS工艺及其寄生效应l晶体管组成的数字电路lMOS管组成的数字电路参考书参考书l半导体制造技术（国外电子与通信教材系列）电子工业出版社，韩郑生等译l集成电路设计与9天EDA工具应用，东南大学出版社，王志功主编l数字集成电路的分析与设计，电子工业出版社，王兆明主编lCMOS集成电路原理与设计，北京邮电大学出版社，李本俊主编本教材特点“散”“丰富”“系统差”“仔细阅读”联系方式联系方式手机点：G608Email: 第一章第一章集成电路的基本制造工艺集成电路的基本制造工艺双极集成电路的基本制造工艺双极集成电路的基本制造

2、工艺l选晶片,l光刻,l氧化,l离子注入,l淀积,l刻蚀、选择性、各项异性、湿刻蚀、干法刻蚀、离子反应刻蚀l扩散双极集成电路的基本制造工艺双极集成电路的基本制造工艺l掺硼P型硅作为衬底材料并进行初始氧化,以形成二氧化硅表层,然后再进行隐埋层光刻以形成一个窗口后进行N+层掺杂,接着就用外延层所覆盖,故称隐埋层l制作隐埋层后,去除表面的二氧化硅,再进行N型外延层生长l掺P型材料进行隔离扩散.l用第三块掩模版完成基区光刻双极集成电路的基本制造工艺双极集成电路的基本制造工艺l基区重掺杂l制作晶体管发射极和集电极l形成表面金属互连接的接触区l完成一层金属铝膜的沉积,然后再介质淀积l在介质层上蚀刻出连接通

3、孔l成第二层金属铝膜的沉积l后续工序,划片,粘片,压焊,封装,测试分类,筛选,成品测试,入库双极集成电路应用双极集成电路应用lTTL,DTL,RTL,HTL,ECLlSTLL,SLTTL,I2L,I3LlASTLL.ASLTTLMOS集成电路工艺集成电路工艺lPMOS集成电路lNMOS集成电路lCMOS集成电路l按负载分:lE/R,E/E,E/D增强型增强型MOS、耗尽型、耗尽型MOS l未加栅极电压,无沟道形成,加栅极电压才有沟道-增强型MOSl未加栅极电压,沟道已形成, -耗尽型MOSMOS特点特点lCMOS集成电路具有:l低的静态功耗l宽的电压范围l宽的输出电压幅度l无阈值损失l高速、高

4、密度l可与TTL电路兼容MOS管的应用范围管的应用范围lSSI、MSI、LSI、VLSI、ULSI、WSFlMOSIC、TTLIC、ECL、I2LlASIClPSAlSBDlLOSlCDIlPLD,CADN沟硅柵沟硅柵E/D MOS集成电路工艺集成电路工艺l长薄氧l淀积SI3N4l场区光刻-场区注入l场区氧化,光刻出有源工作区l二次薄氧lD管光刻-D管注入lE管光刻-E管注入l去处有源区薄氧N沟硅柵沟硅柵E/D MOS集成电路工艺集成电路工艺l栅氧化l埋孔光刻l多晶硅淀积l磷扩散l漂PSGl多晶硅光刻l源、漏区注入l低温氧化N沟硅柵沟硅柵E/D MOS集成电路工艺集成电路工艺l引线孔光刻l反刻

5、铝光刻CMOS集成电路工艺集成电路工艺lP阱工艺：用来制作NMOS管的P阱，是通过向高阻N型硅衬底中扩散或注入硼而形成lN阱工艺：用来制作PMOS管的N阱，是通过向高阻P型硅衬底中扩散或注入磷而形成l双阱工艺：同一衬底有两个阱，P阱工艺；N阱工艺。P阱工艺阱工艺l阱区光刻，刻出阱区注入孔l阱区注入推进，形成阱区l去除二氧化硅，长薄氧，长SI3N4l有源区光刻，刻出P管、N管的源、漏和栅区lN管场区光刻，刻出N管场区注入孔，然后N管场区注入（提高场开启，减少闩锁效应及改善阱的接触P阱工艺阱工艺l长场氧，漂去SIO2、SI3N4，长栅氧lP管区光刻， P管区注入（调节P管开启电压），然后长多晶l多

6、晶硅光刻，形成多晶硅栅及多晶硅电阻lP+区光刻,刻去P管区上的胶lP+区注入,形成PMOS管的源、漏区及P+保护环P阱工艺阱工艺lN+区光刻,刻去N管区上的胶lN+区注入,形成NMOS管的源、漏区及N+保护环l长PSGl引线孔光刻l铝引线光刻l压焊块光刻N阱硅栅CMOS工艺（略）双阱硅栅CMOS工艺BI-CMOS工艺工艺l双极工艺特点：l速度高、驱动能力强、模拟精度高l但功耗、集成度无法满足VLSI的要求BI-CMOS工艺工艺lCMOS工艺特点：l功耗低、集成度高、抗干扰能力强l但速度低、驱动能力差 既要高集成度，又要高速怎么办？ 把两种工艺接合起来，把双极器件和CMOS器件制在同一衬底上。综

7、合了双极器件高跨导、强负载驱动能力和CMOS器件高集成度、低功耗的优点方法分类方法分类l以CMOS工艺为基础的BI-CMOS工艺lP阱BI-CMOS工艺lN阱BI-CMOS工艺l特点是对CMOS器件有利l以双极性工艺为基础的BI-CMOS工艺l以双极性工艺为基础的P阱BI-CMOS工艺l以双极性工艺为基础的双阱BI-CMOS工艺l特点是对双极器件有利P阱阱BI-CMOS工艺工艺lP阱作为NPN管的基极;N衬底作为NPN管的集电区;以N+源、漏扩散（或注入）作为NPN管的发射区扩散、集电极的接触扩散l优点：工艺简单；MOS管的开启电压通过一次离子注入进行；NPN管自隔离l缺点：NPN管与PMOS

8、管共衬底，限制NPN管的使用；基区太宽；基极和集电极串联电阻太大P阱阱BI-CMOS工艺工艺l以N+N为外延衬底，以降低NPN管的集电极电阻l增加一次掩模进行基区注入、推进，以减少基区宽度，和减小其电阻值l以P阱制作横向NPN管,提高NPN管的使用范围N阱阱BI-CMOS工艺工艺l在N阱中形成NPN管l缺点:NPN管集电极串联电阻太大,影响双极器件的性能,特别是驱动能力l解决办法:P+-SI为衬底,并在N阱下设置N+埋层,然后进行P型外延.l减小集电极电阻5-6倍l抗闩锁性能大大提高以双极性工艺为基础的以双极性工艺为基础的P阱阱BI-CMOS工艺工艺lP型衬底、N型外延层、 N+埋层、在外延层上形成P阱结构。l为了获得大电流下低的饱和压降，采用高浓度的集电极接触扩散l为了防止表面反型，采用沟道截止环以双极性工艺为基础的P阱BI-CMOS工艺lN+NPN管的发射区扩散NMOS管的源、漏区掺杂横向PNP管及纵向PNP管的基区接触扩散可以同时进行完成lP+NPN管的基区扩散PMOS管的源、漏区扩散横向PNP管集电区、发射区扩散纵向PNP管的发射区扩散可以同时进行完成以双极性工艺为基础的P阱BI-CMOS工艺l栅氧化在PMOS管沟道注入以后进行l可获的大电流、高压lLDMOS-LOW DO