集成期末复习2013

1、集成电路发展水平的标志集成电路发展水平的标志u IC加工工艺的特征尺寸特征尺寸指MOS晶体管的最小栅长或最小金属线宽u集成度单块芯片上所容纳的元件数目，集成度越高，所容纳的元件数目越多。摩尔定律（摩尔定律（Moores Law） 摩尔在1965年的文章中指出，芯片中的晶体管和电阻器的数量每年会翻番，原因是工程师可以不断缩小晶体管的体积。这就意味着，半导体的性能与容量将以指数级增长，并且这种增长趋势将继续延续下去。1975年，摩尔又修正了摩尔定律，他认为，每隔24个月，晶体管的数量将翻番。摩尔定律（摩尔定律（Moores Law） 摩尔在1965年的文章中指出，芯片中的晶体管和电阻器的数量每年会

2、翻番，原因是工程师可以不断缩小晶体管的体积。这就意味着，半导体的性能与容量将以指数级增长，并且这种增长趋势将继续延续下去。1975年，摩尔又修正了摩尔定律，他认为，每隔24个月，晶体管的数量将翻番。集成电路材料材料按导电性能：导体、半导体、绝缘体对电气系统：导体、绝缘体对集成电路：导体、半导体、绝缘体相对其他系统，半导体材料在集成电路中起着根本性的作用：u 集成电路制作在半导体衬底材料上u 集成电路基本元件依据半导体的特性构成1.1.3 绝缘材料u SiO2 、SiON和Si3N4是 IC 系统中常用的几种绝缘材料 u 作用： a：实现器件、导线之间的电隔离 b：充当离子注入及热扩散的阻挡层

3、c：作为器件表面的钝化层，保护器件不受外界影响在IC的材料系统中，绝缘体起着不可或缺的作用。在制作IC时，必须同时制作器件之间、有源层级导线层之间的绝缘层，以实现它们之间的电隔离。在MOS器件中，栅极与沟道之间的绝缘层更是必不可少。u 金属材料的功能： (1) 构成元器件之间的互连 (2) 构成传输线(微带线和共面波导)的导体结构 (3) 构成与外界焊接用的焊盘构成低值电阻 (4) 构成电容元件的极板 (5) 构成电感元件的绕线 (6) 与轻掺杂半导体构成肖特基结接触 (7)与重掺杂半导体构成半导体器件的电极的欧姆接触u 半导体表面制作了金属层后，根据金属的种类及半导体掺杂浓度 的不同，可形成

4、肖特基型接触或欧姆接触u IC工艺的多层布线工艺 VLSI至少采用两层金属布线。第一层金属主要用于器件各个极的器件各个极的接触点及器件间的部分连线接触点及器件间的部分连线，这层金属通常较薄，较窄，间距较小。第二层主要用于器件间及器件与焊盘间的互联器件间及器件与焊盘间的互联，并形成传输线。寄生电容大部分由两层金属及其间的隔离层形成。 Si Si Si Sip+多多余余电电子子磷原子磷原子在常温下即可在常温下即可变为自由电子变为自由电子失去一个失去一个电子变为电子变为正离子正离子动画动画 Si Si Si SiB硼原子硼原子空穴空穴动画动画 MOS晶体管基本结构 MOS（金属（金属-氧化物氧化物-

5、半导体）场效应晶体管半导体）场效应晶体管，简称为MOS管管，其核心结构是由导体、绝缘体与构成管子衬底的掺杂半导体这三层材料三层材料叠在一起形成的三明治结构三明治结构 这一结构的基本作用基本作用是：在半导体的表面感应出与原掺杂类型相反的载流子，形成一条导电沟道。 根据形成导电沟道的载流子的类型，MOS管被分为NMOS和和PMOS。MOS管的正常导电的三个区域:截止区截止区： Ids 0，判据： 22dsdsTgsNVVVVKIDSTgsds0VVV线性区线性区：饱和区饱和区：判据：2TgsN2VVKIDS0TgsdsVVV判据：0TgsVVn 光刻步骤 光刻步骤主要有：1. 涂光刻胶；2. 曝光

6、；3.显影；4.腐蚀；n 曝光方式 1. 接触式曝光；2. 接近式曝光；3.投影式曝光；SiO2的主要应用： 栅氧化层：精度控制在几个百分点内 离子注入保护层： 场氧：场氧上走互联线掺杂的目的是以形成特定导电能力的材料区域,包括N型或P型半导体层和绝缘层，是制作各种半导体器件的基本工艺。n 掺杂的目的：n 掺杂的方法： 热扩散掺杂 离子注入法n CMOS工艺下器件之间的隔离方法： 场氧隔离 浅槽隔离n CMOS工艺下器件之间的隔离方法： 将两次MASK步骤合为一次。让D，S和G三个区域一次成形。这种方法被称为自对准技术。由于N阱阱CMOS中中NMOS管直管直接在接在P型硅衬底上制作型硅衬底上制

7、作，有利于发挥NMOS器件高速的特点，因此成为常用工常用工艺艺 。NMOS的掩膜和典型工艺流程的掩膜和典型工艺流程MOSFET工作的三个区：截止区：VgsVth，Vgs-VthVth，Vgs-VthVds判定条件：电流大小：饱和区：2,max1()2DnoxGSTHWICVVL线性区：21()2DnoxGSTHDSDSWICVVVVLu MOSFET的体效应：的体效应：当源衬电压不为零时，阈值电压会相应变化，这种效应叫衬底偏置效应，也叫体效应。沟道长度调制：沟道长度调制： 简化的MOS原理中，认为饱和后，电流不再增加。事实上，饱和区中，当Vds增加时，Ids仍然增加的。这是因为沟道两端的耗尽区

8、的宽度增加了，而反型层上的饱和电压不变，沟道距离减小了，于是沟道中水平电场增强了，增加了电流。故器件的有效沟道长度为：L = L式中是漏极区的耗尽区的宽度，如右图所示，且有：2SidsDsatVVqN 其中VdsVDsat是耗尽区上的电压。如果衬底掺杂高，那么这种调制效应就减小了。版图版图几何设计规则几何设计规则 集成电路的制造必然受到工艺技术水平的限制，受到器件物理参数的制约，为了保证器件正确工作和提高芯片的成品率，要求设计者在版图设计时遵循一定的设计规则，这些设计规则直接由集成电路前道工艺厂家提供。设计规则（design rule）是版图设计和工艺之间的接口。 设计规则主要包括各层的最小宽

9、度、层与层之间的最小间距等。 NMOS基本电流镜基本电流镜 NMOS基本电流镜由两个NMOS晶体管组成，如下图所示。21()()OrW LIIW L基准电压源基准电压源理想的基准电压源，要求它不仅有精确稳定的电压输出值，而且具有低的温度系数VT1VINVDDVOUTRL101101(/)2()(/)VLnoxDSLAg RrCW L IRr 小信号等效电路小信号等效电路各类运算放大器的优缺点分析各类运算放大器的优缺点分析环形振荡器环形振荡器 环形振荡器也属于张驰振荡器。其最大的优环形振荡器也属于张驰振荡器。其最大的优点是结构简单，因而得到广泛运用。点是结构简单，因而得到广泛运用。 对于一个总直流相位偏移对于一个总直流相位偏移180度的度的n级反相放级反相放大器组成的环形振荡器，环路振荡周期为大器组成的环形振荡器，环路振荡周期为2nTd（Td为门延迟）。为门延迟）。RC网络型环形压控振荡器原理图网络型环形压控振荡器原理图 环形振荡器振荡频率可以通过改变延迟单元环形振荡器振荡频率可以通过改变延迟单元的参数加以控制，形成压控振荡器（的参数加以控制，形成压控振荡器（VCO）。）。 一种是延迟单元偏置电压直接可控，一种是一种是延迟单元偏置电压直接可控，一种是通