Ch04集成电路器件工艺.pdf

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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1第四章集成电路器件工艺表4.1IC材料、工艺、器件和电路材料工艺器件电路形式电路规模Si-BipolarD,BJT,R,C,LTTL,ECL,CMLLSINMOSD,NMOS,R,CNMOS,SCFLVLSICMOSD,P/N-MOS,R,CCMOS,SCFLULSI,GSISiliconBiCMOSD,BJT,P/N-MOS,R,CECL,CMOSVLSI,ULSI硅Si/GeD,

2、HBT/HEMTECL/SCFLLSIMESFETD,MESFET,R,C,LSCFLLSI,VLSIGaAsHEMTD,E/D-HEMT,R,C,LSCFLLSI,VLSI砷化镓HBTD,HBT,R,C,LECL,CMLMSI,LSIHEMTD,HEMT,R,C,LSCFL,CMLMSIInP磷化铟HBTD,HBT,R,C,LECL,CMLMSI2图4.1几种IC工艺速度功耗区位图34.1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44.1.1双极性硅工

3、艺¢早期的双极性硅工艺：NPN三极管BECMetalSiO2pn1+n+2pn-Isolationpn-Isolationp+n-p+n+3BuriedLayerp-图4.25¢先进的双极性硅工艺：NPN三极管1.426758图4.264.1.2HBT工艺¢GaAs基同质结双极性晶体管并不具有令人满意的性能V

4、HEMT工艺随着III/V化合物特别是GaAs工艺的发展，以MESFET和HEMT为基本元件的集成电路技术也得到了很大发展。MESFET直接在外延衬底上形成，而HEMT有复杂得多的层状结构。尽管如此，它们可以通过一个相似的等效电路建立模型，并具有相似的性能。对于电路设计者而言，它们都属于FET晶体管类型。104.2MESFET和HEMT工艺¢GaAs工艺：MESFET金锗合金欧姆肖特基欧姆图4.4GaAsMESFET的基本器件结构11MESFET¢增强型和耗尽型¢减小栅长¢提高导电能力12¢GaAs工艺：HEMT大量的可高速迁移

5、的电子图4.5简单HEMT的层结构¢栅长的减小13¢GaAs工艺：HEMT工艺的三明治结构图4.6DPD-QW-HEMT的层结构14MainParametersofthe0.3μmGateLengthHEMTsHEMT-TypeE-HEMTD-HEMTParametersVth0.5V-0.7V200mA/mm180mA/mmIdsmax(Vgs=0.8V)(Vgs=0V)Gm500mS/mm400mS/mmRs0.6Ω·mm0.6Ω·mmfT45GHz40GHz表4.2:0.3μm栅长HEMT的典型参数值15不同材料系统的研究

6、¢GaAs¢InP¢SiGe16与Si三极管相比，MESFET和HEMT的缺点为:¢跨导相对低;¢阈值电压较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MOSFETGSPolyDOxideGaten+n+LeffSourceDrainLDrawnp-substrateLD+n+nW线宽(Linewidth),特征尺寸(Feat

7、ureSize)指什么？20MOS工艺的特征尺寸(FeatureSize)¢特征尺寸:最小线宽b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PMOS工艺特点：ò铝栅，栅长为20μm。òN型衬底，p沟道。ò氧化层厚1500Å。ò电源电压为-12V。ò速度低，最小门延迟约为80∼100ns。ò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

8、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工艺的栅极位错问题图4.1025铝栅重叠设计¢栅极做得长，同