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时间:2019-05-11
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1、1第四章集成电路器件工艺4.1双极型集成电路的基本制造工艺4.2MESFET和HEMT工艺4.3MOS工艺和相关的VLSI工艺4.4BiCMOS工艺2第四章集成电路器件工艺表4.13图4.1几种IC工艺速度功耗区位图44.1双极型集成电路的基本制造工艺4.2MESFET和HEMT工艺4.3MOS工艺和相关的VLSI工艺4.4BiCMOS工艺54.1.1双极性硅工艺早期的双极性硅工艺:NPN三极管图4.21236先进的双极性硅工艺:NPN三极管图4.21.4256787GaAs基同质结双极性晶体管并不具有令人满意的性
2、能4.1.2HBT工艺8AlGaAs/GaAs基异质结双极性晶体管(a)(b)图4.3GaAsHBT的剖面图(a)和能带结构(b)○○○9GaAs基HBTInP基HBTSi/SiGe的HBT104.2MESFET和HEMT工艺GaAs工艺:MESFET图4.4GaAsMESFET的基本器件结构引言欧姆欧姆肖特基金锗合金11MESFET增强型和耗尽型减小栅长提高导电能力12GaAs工艺:HEMT图4.5简单HEMT的层结构栅长的减小大量的可高速迁移的电子13GaAs工艺:HEMT工艺的三明治结构图4.6DPD-QW-
3、HEMT的层结构14MainParametersofthe0.3mmGateLengthHEMTsHEMT-TypeParametersE-HEMTD-HEMTVth0.5V-0.7VIdsmax200mA/mm(Vgs=0.8V)180mA/mm(Vgs=0V)Gm500mS/mm400mS/mmRs0.6W·mm0.6W·mmfT45GHz40GHz表4.2:0.3m栅长HEMT的典型参数值15不同材料系统的研究GaAsInPSiGe16与Si三极管相比,MESFET和HEMT的缺点为:跨导相对低;阈值电压较
4、敏感于有源层的垂直尺寸形状和掺杂程度;驱动电流小阈值电压变化大:由于跨导大,在整个晶圆上,BJT的阈值电压变化只有几毫伏,而MESFET,HEMT由于跨导小,要高十倍多。174.3MOS工艺和相关的VLSI工艺18图4.7MOS工艺的分类19认识MOSFET线宽(Linewidth),特征尺寸(FeatureSize)指什么?20MOS工艺的特征尺寸(FeatureSize)特征尺寸:最小线宽最小栅长图4.8214.3.1PMOS工艺早期的铝栅工艺1970年前,标准的MOS工艺是铝栅P沟道。图4.922铝栅PM
5、OS工艺特点:l铝栅,栅长为20m。lN型衬底,p沟道。l氧化层厚1500Å。l电源电压为-12V。l速度低,最小门延迟约为80100ns。l集成度低,只能制作寄存器等中规模集成电路。23Al栅MOS工艺缺点制造源、漏极与制造栅极采用两次掩膜步骤不容易对齐。这好比彩色印刷中,各种颜色套印一样,不容易对齐。若对不齐,彩色图象就很难看。在MOS工艺中,不对齐的问题,不是图案难看的问题,也不仅仅是所构造的晶体管尺寸有误差、参数有误差的问题,而是可能引起沟道中断,无法形成沟道,无法做好晶体管的问题。24Al栅MOS工艺
6、的栅极位错问题图4.1025铝栅重叠设计栅极做得长,同S、D重叠一部分图4.1126铝栅重叠设计的缺点lCGS、CGD都增大了。l加长了栅极,增大了管子尺寸,集成度降低。27克服Al栅MOS工艺缺点的根本方法将两次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。28自对准技术与标准硅工艺1970年,出现了硅栅工艺(采用了自对准技术)。多晶硅Polysilicon,原是绝缘体,经过重扩散,增加了载流子,可以变为导体,用作电极和电极引线。在硅栅工艺中,S,D,G是一次掩膜步骤形成的。先利用
7、光阻胶保护,刻出栅极,再以多晶硅为掩膜,刻出S,D区域。那时的多晶硅还是绝缘体,或非良导体。经过扩散,杂质不仅进入硅中,形成了S和D,还进入多晶硅,使它成为导电的栅极和栅极引线。29标准硅栅PMOS工艺图4.1230硅栅工艺的优点:l自对准的,它无需重叠设计,减小了电容,提高了速度。l无需重叠设计,减小了栅极尺寸,漏、源极尺寸也可以减小,即减小了晶体管尺寸,提高了速度,增加了集成度。增加了电路的可靠性。314.3.2NMOS工艺由于电子的迁移率e大于空穴的迁移率h,即有e2.5h,因而,N沟道FET的速度
8、将比P沟道FET快2.5倍。那么,为什么MOS发展早期不用NMOS工艺做集成电路呢?问题是NMOS工艺遇到了难关。所以,直到1972年突破了那些难关以后,MOS工艺才进入了NMOS时代。32了解NMOS工艺的意义目前CMOS工艺已在VLSI设计中占有压倒一切的优势.但了解NMOS工艺仍具有几方面的意义:CMOS工艺是在PMOS和NMOS工艺的基础上发展起来的
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