半导体集成电路第一章1

1、2022-3-622022-3-63内容概述内容概述集集成成电电路路双极型集成电路双极型集成电路MOS集成电路集成电路按器件类型分按器件类型分按集成度分按集成度分SSI（100以下以下个等效门）个等效门）MSI（10103 3个等效门）个等效门）LSI （10104 4个以上等效门）个以上等效门）TTL、ECLI2L等等PMOSNMOSCMOS按信号类型分按信号类型分模拟集成电路模拟集成电路数字集成电路数字集成电路BiCMOS集成电路集成电路数模混合集成电路数模混合集成电路2022-3-642022-3-65第一章第一章集成电路制造工艺集成电路制造工艺2022-3-66 双极集成电路的基本制造

2、工艺双极集成电路的基本制造工艺双极集成电路中的元件结构双极集成电路中的元件结构双极集成电路的基本工艺双极集成电路的基本工艺 MOS集成电路的基本制造工艺集成电路的基本制造工艺MOS集成电路中的元件结构集成电路中的元件结构MOS集成电路的基本工艺集成电路的基本工艺 BiCMOS工艺工艺2022-3-672022-3-681. 二极管二极管 （PN结）结） 正方向正方向反方向反方向VI电路符号：电路符号：+-有电流流过有电流流过没有电流流过没有电流流过对于硅二极管，正方向的对于硅二极管，正方向的电位差与流过的电流大小电位差与流过的电流大小无关，始终保持无关，始终保持0.6V-0.7VP-SiN-S

3、i+-2022-3-691. 二极管二极管 （PN结）结） np2022-3-6102. 双极型双极型 晶体管晶体管pnpB端端E端端C端端ECBnpnB端端E端端C端端CBENPNBECPNPBEC2022-3-611CBENPNBEC?BECnpN+BEC2022-3-6121.1.1 1.1.1 双极集成电路中元件的隔离双极集成电路中元件的隔离BECnpnBECnpnCBECBEEBEBC2022-3-613BECpnBECpnnn双极集成电路中元件的隔离双极集成电路中元件的隔离介质隔离介质隔离PN隔离隔离BECpn+nBECpnn+n+n+n+n+P-SiP+P+P+S2022-3-6

4、141.1.2 1.1.2 双极集成电路元件的形成过程、结构和寄生效应双极集成电路元件的形成过程、结构和寄生效应BECpn+n-epin+P-SiP+P+S四层三结结构的双极晶体管四层三结结构的双极晶体管发射区发射区(N+型型)基区基区(P型型)集电区集电区(N型外延层型外延层)衬底衬底(P型型)双极集成电路元件断面图双极集成电路元件断面图n+-BL2022-3-615双极集成电路等效电路双极集成电路等效电路CBEpn+n-epin+n+-BLP-SiP+P+SC(n)B(p)E(n+)npnpnpS(p)等效电路等效电路隐埋层作用：隐埋层作用：1. 减小寄生减小寄生pnp管的影响管的影响 2

5、. 减小集电极串联电阻减小集电极串联电阻衬底接最低电位衬底接最低电位2022-3-616典型典型PNPN结隔离双极集成电路中元件的形成过程结隔离双极集成电路中元件的形成过程 确定衬底材料类型确定衬底材料类型CBEpn+n-epin+P-SiP+P+Sn+-BLP型硅型硅(p-Si) 确定衬底材料电阻率确定衬底材料电阻率10.cm10.cm 确定衬底材料晶向确定衬底材料晶向（111）偏离）偏离2502022-3-617典型典型PNPN结隔离双极集成电路中元件的形成过程结隔离双极集成电路中元件的形成过程CBEpn+n-epin+P-SiP+P+Sn+-BL P-Si衬底衬底N+隐埋层隐埋层2022

6、-3-618具体步骤如下：具体步骤如下：1生长二氧化硅（湿法氧化）：生长二氧化硅（湿法氧化）：Si(固体固体)+ 2H2O SiO2（固体）（固体）+2H2 Si-衬底 SiO22022-3-6192隐埋层光刻：光源光源2022-3-620N+3N+掺杂：N+P-SiTepiCBEpn+n-epin+P-SiP+P+Sn+-BLTepi2022-3-621P-SiTepiCBEpn+n-epin+P-SiP+P+Sn+-BLTepi典型典型PN结隔离双极集成电路中元件的形成过程结隔离双极集成电路中元件的形成过程 外延层的电阻率外延层的电阻率; 外延层的厚度外延层的厚度Tepi;AATepi x

7、jc+xmc +TBL-up+tepi-ox后道工序生成氧化后道工序生成氧化层消耗的外延厚度层消耗的外延厚度基区扩散结深基区扩散结深TBL-uptepi-oxxmcxjc集电结耗尽区宽度集电结耗尽区宽度隐埋层上推距离隐埋层上推距离TTL电路：电路：37m模拟电路：模拟电路：7 71717m m2022-3-622典型典型PN结隔离双极集成电路中元件的形成过程结隔离双极集成电路中元件的形成过程P-SiTepiCBEpn+n-epin+P-SiP+P+Sn+-BLTepi2022-3-623典型典型PN结隔离双极集成电路中元件的形成过程结隔离双极集成电路中元件的形成过程CBEpn+n-epin+P

8、-SiP+P+Sn+-BL2022-3-624典型典型PN结隔离双极集成电路中元件的形成过程结隔离双极集成电路中元件的形成过程CBEpn+n-epin+P-SiP+P+Sn+-BL2022-3-625典型典型PN结隔离双极集成电路中元件的形成过程结隔离双极集成电路中元件的形成过程CBEpn+n-epin+P-SiP+P+Sn+-BL2022-3-626典型典型PN结隔离双极集成电路中元件的形成过程结隔离双极集成电路中元件的形成过程2022-3-627典型典型PN结隔离双极集成电路中元件的形成过程结隔离双极集成电路中元件的形成过程2022-3-628双极集成电路元件断面图双极集成电路元件断面图B

9、ECpn+n-epin+P+P+SP-Sin+-BLBECSAAP+P+隔离扩散隔离扩散P P基区扩散基区扩散N+N+扩散扩散接触孔接触孔铝线铝线隐埋层隐埋层2022-3-629BECpn+n-epin+P+P+SP-Sin+-BLTTL电路：电路：0.2.cm.cm模拟电路：模拟电路：0.50.55 5.cm.cm2022-3-630CBECSP+P+隔离扩散隔离扩散P P基区扩散基区扩散N+N+扩散扩散接触孔接触孔铝线铝线隐埋层隐埋层AABBCC作业作业: 1. 画出画出NPN晶体管的版图，并标注各区域的掺杂类型（直接在图上标）晶体管的版图，并标注各区域的掺杂类型（直接在图上标）,写出实写出实现该现该NPN晶体管至少需要多少次光刻以及每次光刻的目的