西安交通大学微电子制造技术第三章器件技术

《西安交通大学微电子制造技术第三章器件技术》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、半导体制造技术西安交通大学微电子技术教研室刘润民第3章器件技术引言用于微芯片的电子器件是在衬底上构建的。通用的微芯片器件包括电阻、电容、熔丝、二极管和晶体管。它们在衬底上的集成是集成电路芯片制造技术的基础。硅片上电子器件的形成方式被称为结构。半导体器件结构有成千上万种。这里只能列举出其中的一部分。本章将讨论器件的实际形成，以了解它们在应用中是怎样发挥作用的。同时，本章还将对集成电路产品的不同分类进行回顾。本章要点1.区别模拟和数字、有源和无源器件的不同。说明在无源器件中寄生结构的影响；2.对PN结进行描述，讨论其重要性，并解释其反向偏压

2、和正向偏压的不同；3.描述双极技术特征和双极晶体管的功能、偏压、结构及应用；4.描述CMOS技术的基本特征，包括场效应晶体管、偏压现象以及CMOS反相器；5.描述MOSFET增强型和耗尽型之间的区别；6.描述寄生晶体管的影响和CMOS闩锁效应的本质；7.列举一些集成电路产品，描述其各自的一些应用。电路类型模拟电路在电子技术中，模拟电路是指其电参数在一定电压、电流、功耗值范围内变化的一种电路。模拟电路可以设计成由直流（DC）、交流（AC）或者两者的混合以及脉冲电流来作为工作电源。数字电路数字电路在两种性质不同的电平信号－高电平和低电平下工作

3、。数字电路与数字(逻辑)器件有关。数字器件（电路）可用于测量并控制事件结果：要求既有开/关型命令，又能受模拟线性电路分立增量变化的控制。这也正是今天区别模拟器件和数字器件如此困难的原因所在。高低电平准确数值取决于特别的器件技术。下面是两个逻辑电平的例子：逻辑类型高电平＝1低电平＝0TTL5VDC0.0VDCCMOS3.5VDC0.0VDC无源元件结构在电路中电阻和电容都是无源元件。因为这些元件无论怎样和电源连接，它们都能传输电流。例如，一个电阻无论是与电源的正极还是负极连接，它都能传输同样的电流。集成电路电阻结构集成电路中的电阻可以通过金

4、属膜、掺杂的多晶硅，或者通过杂质扩散到衬底的特定区域产生。这些电阻是微结构，因此它们只占用衬底很小的区域。电阻和芯片电路的连接是通过与导电金属（如铝、钨等）形成接触实现的(见下图）。集成电路中电阻结构示例n-SubstrateMetalcontactFilmtyperesistorSiO2,dielectricmaterialMetalcontactn-p-DiffusedresistorSiO2,dielectricmaterialFigure3.1寄生电阻结构寄生电阻是在集成电路元件设计中产生的多余电阻。它存在于器件结构中是因为器件的

5、尺寸、形状、材料类型、掺杂种类以及掺杂数量。寄生电阻不是我们所需要的，因为它会降低集成电路或者器件的性能。图3.2表示了晶体管中寄生电阻的位置。寄生电阻是可积累的，这意味着一串电阻总的效应比单个电阻大。在集成电路器件中。这些寄生电阻的影响成为能否降低芯片上器件特征尺寸的关键因素。随着集成度的提高，电阻将会增加，使电性能总体下降。为此设计者可选用低电阻金属作为接触层和特别工艺设计以减小有源器件的体（bulk）电阻。RECREBRBBRBCRCCRCBMetalcontactresistanceBulkresistancen+n+p-Base

6、EmitterCollectorp-SubstrateFigure3.2晶体管中寄生电阻的剖面集成电路电容结构大家知道，一个简单的电容器是由两个分立的导电层被介质（绝缘）材料隔离而形成的。微芯片制造中介质材料通常是二氧化硅（SiO2）,平面型电容器的导电层可由金属薄层、掺杂的多晶硅，或者衬底的扩散区形成。通常衬底上的电容器由4钟基本工艺组成（见图3.3）。SubstrateOxidedielectricMetalcontactsSubstrateDielectricmaterial(oxide)2nddopedpolylayerMetal

7、contactto1stpoly1stdopedpolylayerSubstrateMetalcontacttodiffusedregionDopedpolylayerp-DiffusedregionSubstrate1st,n+polyplate2nd,n+polyplateDielectricmaterial(oxide)Figure3.3集成电路中电容结构nnnSDGp-SubstrateoxidedopedpolyFieldeffecttransistorBipolarjunctiontransistornpnCEBp-Subst

8、rateFigure3.4晶体管中寄生电容器有源元件结构pn结二极管双极晶体管肖特基二极管双极集成电路技术CMOS集成电路技术增强型和耗尽型MOSFETp-SubstrateCathodeAn