數(shù)字集成電路第1章

1、數(shù)字集成電路數(shù)字集成電路三部分內(nèi)容三部分內(nèi)容l晶體管、MOS工藝及其寄生效應(yīng)l晶體管組成的數(shù)字電路lMOS管組成的數(shù)字電路參考書參考書l半導(dǎo)體制造技術(shù)（國(guó)外電子與通信教材系列）電子工業(yè)出版社，韓鄭生等譯l集成電路設(shè)計(jì)與9天EDA工具應(yīng)用，東南大學(xué)出版社，王志功主編l數(shù)字集成電路的分析與設(shè)計(jì)，電子工業(yè)出版社，王兆明主編lCMOS集成電路原理與設(shè)計(jì)，北京郵電大學(xué)出版社，李本俊主編本教材特點(diǎn)“散”“豐富”“系統(tǒng)差”“仔細(xì)閱讀”聯(lián)系方式聯(lián)系方式手機(jī)點(diǎn)：G608Email: 第一章第一章集成電路的基本制造工藝集成電路的基本制造工藝雙極集成電路的基本制造工藝雙極集成電路的基本制造

2、工藝l選晶片,l光刻,l氧化,l離子注入,l淀積,l刻蝕、選擇性、各項(xiàng)異性、濕刻蝕、干法刻蝕、離子反應(yīng)刻蝕l擴(kuò)散雙極集成電路的基本制造工藝雙極集成電路的基本制造工藝l摻硼P型硅作為襯底材料并進(jìn)行初始氧化,以形成二氧化硅表層,然后再進(jìn)行隱埋層光刻以形成一個(gè)窗口后進(jìn)行N+層摻雜,接著就用外延層所覆蓋,故稱隱埋層l制作隱埋層后,去除表面的二氧化硅,再進(jìn)行N型外延層生長(zhǎng)l摻P型材料進(jìn)行隔離擴(kuò)散.l用第三塊掩模版完成基區(qū)光刻雙極集成電路的基本制造工藝雙極集成電路的基本制造工藝l基區(qū)重?fù)诫sl制作晶體管發(fā)射極和集電極l形成表面金屬互連接的接觸區(qū)l完成一層金屬鋁膜的沉積,然后再介質(zhì)淀積l在介質(zhì)層上蝕刻出連接通

3、孔l成第二層金屬鋁膜的沉積l后續(xù)工序,劃片,粘片,壓焊,封裝,測(cè)試分類,篩選,成品測(cè)試,入庫雙極集成電路應(yīng)用雙極集成電路應(yīng)用lTTL,DTL,RTL,HTL,ECLlSTLL,SLTTL,I2L,I3LlASTLL.ASLTTLMOS集成電路工藝集成電路工藝lPMOS集成電路lNMOS集成電路lCMOS集成電路l按負(fù)載分:lE/R,E/E,E/D增強(qiáng)型增強(qiáng)型MOS、耗盡型、耗盡型MOS l未加?xùn)艠O電壓,無溝道形成,加?xùn)艠O電壓才有溝道-增強(qiáng)型MOSl未加?xùn)艠O電壓,溝道已形成, -耗盡型MOSMOS特點(diǎn)特點(diǎn)lCMOS集成電路具有:l低的靜態(tài)功耗l寬的電壓范圍l寬的輸出電壓幅度l無閾值損失l高速、高

4、密度l可與TTL電路兼容MOS管的應(yīng)用范圍管的應(yīng)用范圍lSSI、MSI、LSI、VLSI、ULSI、WSFlMOSIC、TTLIC、ECL、I2LlASIClPSAlSBDlLOSlCDIlPLD,CADN溝硅柵溝硅柵E/D MOS集成電路工藝集成電路工藝l長(zhǎng)薄氧l淀積SI3N4l場(chǎng)區(qū)光刻-場(chǎng)區(qū)注入l場(chǎng)區(qū)氧化,光刻出有源工作區(qū)l二次薄氧lD管光刻-D管注入lE管光刻-E管注入l去處有源區(qū)薄氧N溝硅柵溝硅柵E/D MOS集成電路工藝集成電路工藝l柵氧化l埋孔光刻l多晶硅淀積l磷擴(kuò)散l漂PSGl多晶硅光刻l源、漏區(qū)注入l低溫氧化N溝硅柵溝硅柵E/D MOS集成電路工藝集成電路工藝l引線孔光刻l反刻

5、鋁光刻CMOS集成電路工藝集成電路工藝lP阱工藝：用來制作NMOS管的P阱，是通過向高阻N型硅襯底中擴(kuò)散或注入硼而形成lN阱工藝：用來制作PMOS管的N阱，是通過向高阻P型硅襯底中擴(kuò)散或注入磷而形成l雙阱工藝：同一襯底有兩個(gè)阱，P阱工藝；N阱工藝。P阱工藝阱工藝l阱區(qū)光刻，刻出阱區(qū)注入孔l阱區(qū)注入推進(jìn)，形成阱區(qū)l去除二氧化硅，長(zhǎng)薄氧，長(zhǎng)SI3N4l有源區(qū)光刻，刻出P管、N管的源、漏和柵區(qū)lN管場(chǎng)區(qū)光刻，刻出N管場(chǎng)區(qū)注入孔，然后N管場(chǎng)區(qū)注入（提高場(chǎng)開啟，減少閂鎖效應(yīng)及改善阱的接觸P阱工藝阱工藝l長(zhǎng)場(chǎng)氧，漂去SIO2、SI3N4，長(zhǎng)柵氧lP管區(qū)光刻， P管區(qū)注入（調(diào)節(jié)P管開啟電壓），然后長(zhǎng)多晶l多

6、晶硅光刻，形成多晶硅柵及多晶硅電阻lP+區(qū)光刻,刻去P管區(qū)上的膠lP+區(qū)注入,形成PMOS管的源、漏區(qū)及P+保護(hù)環(huán)P阱工藝阱工藝lN+區(qū)光刻,刻去N管區(qū)上的膠lN+區(qū)注入,形成NMOS管的源、漏區(qū)及N+保護(hù)環(huán)l長(zhǎng)PSGl引線孔光刻l鋁引線光刻l壓焊塊光刻N(yùn)阱硅柵CMOS工藝（略）雙阱硅柵CMOS工藝BI-CMOS工藝工藝l雙極工藝特點(diǎn)：l速度高、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)、模擬精度高l但功耗、集成度無法滿足VLSI的要求BI-CMOS工藝工藝lCMOS工藝特點(diǎn)：l功耗低、集成度高、抗干擾能力強(qiáng)l但速度低、驅(qū)動(dòng)能力差 既要高集成度，又要高速怎么辦？ 把兩種工藝接合起來，把雙極器件和CMOS器件制在同一襯底上。綜

7、合了雙極器件高跨導(dǎo)、強(qiáng)負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力和CMOS器件高集成度、低功耗的優(yōu)點(diǎn)方法分類方法分類l以CMOS工藝為基礎(chǔ)的BI-CMOS工藝lP阱BI-CMOS工藝lN阱BI-CMOS工藝l特點(diǎn)是對(duì)CMOS器件有利l以雙極性工藝為基礎(chǔ)的BI-CMOS工藝l以雙極性工藝為基礎(chǔ)的P阱BI-CMOS工藝l以雙極性工藝為基礎(chǔ)的雙阱BI-CMOS工藝l特點(diǎn)是對(duì)雙極器件有利P阱阱BI-CMOS工藝工藝lP阱作為NPN管的基極;N襯底作為NPN管的集電區(qū);以N+源、漏擴(kuò)散（或注入）作為NPN管的發(fā)射區(qū)擴(kuò)散、集電極的接觸擴(kuò)散l優(yōu)點(diǎn)：工藝簡(jiǎn)單；MOS管的開啟電壓通過一次離子注入進(jìn)行；NPN管自隔離l缺點(diǎn)：NPN管與PMOS

8、管共襯底，限制NPN管的使用；基區(qū)太寬；基極和集電極串聯(lián)電阻太大P阱阱BI-CMOS工藝工藝l以N+N為外延襯底，以降低NPN管的集電極電阻l增加一次掩模進(jìn)行基區(qū)注入、推進(jìn)，以減少基區(qū)寬度，和減小其電阻值l以P阱制作橫向NPN管,提高NPN管的使用范圍N阱阱BI-CMOS工藝工藝l在N阱中形成NPN管l缺點(diǎn):NPN管集電極串聯(lián)電阻太大,影響雙極器件的性能,特別是驅(qū)動(dòng)能力l解決辦法:P+-SI為襯底,并在N阱下設(shè)置N+埋層,然后進(jìn)行P型外延.l減小集電極電阻5-6倍l抗閂鎖性能大大提高以雙極性工藝為基礎(chǔ)的以雙極性工藝為基礎(chǔ)的P阱阱BI-CMOS工藝工藝lP型襯底、N型外延層、 N+埋層、在外延層上形成P阱結(jié)構(gòu)。l為了獲得大電流下低的飽和壓降，采用高濃度的集電極接觸擴(kuò)散l為了防止表面反型，采用溝道截止環(huán)以雙極性工藝為基礎(chǔ)的P阱BI-CMOS工藝lN+NPN管的發(fā)射區(qū)擴(kuò)散NMOS管的源、漏區(qū)摻雜橫向PNP管及縱向PNP管的基區(qū)接觸擴(kuò)散可以同時(shí)進(jìn)行完成lP+NPN管的基區(qū)擴(kuò)散PMOS管的源、漏區(qū)擴(kuò)散橫向PNP管集電區(qū)、發(fā)射區(qū)擴(kuò)散縱向PNP管的發(fā)射區(qū)擴(kuò)散可以同時(shí)進(jìn)行完成以雙極性工藝為基礎(chǔ)的P阱BI-CMOS工藝l柵氧化在PMOS管溝道注入以后進(jìn)行l(wèi)可獲的大電流、高壓lLDMOS-LOW DO