模拟集成电路课件 第2章CMOS技术.pdf

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1、第2章CMOS技术1.CMOS制造工艺2.MOS器件的工作原理3.MOS无源元件4.CMOS技术的其他考虑双极集成电路：主要由双极晶体管构成NPN型双极集成电路优点是速度高、驱动能力强，PNP型双极集成电路缺点是功耗较大、集成度较低金属-氧化物-半导体(MOS)集成电路：主要由MOS晶体管(单极晶体管)构成NMOS功耗低、集成度高，随着特征尺寸的缩小，速度也可以很高PMOSCMOS(互补MOS)双极-MOS(BiMOS)集成电路：同时包括双极和MOS晶体管的集成电路为BiMOS集成电路，综合了双极型和MOS器件两者的优点，但制作工艺复

2、杂。第2章CMOS技术1.CMOS制造工艺2.MOS器件的工作原理3.MOS无源元件4.CMOS技术的其他考虑1.CMOS集成电路的基本制造工艺CMOS集成电路工艺p阱工艺n阱工艺双阱工艺SOI/CMOS电路(SilicononInsulator)集成电路的加工过程CMOS工艺SOI/CMOS电路(SilicononInsulator)•利用绝缘衬底的硅薄膜(SilicononInsulator)制作CMOS电路，能彻底消除体硅CMOS电路中的寄生可控硅结构。能大幅度减小PN结面积，从而减小了电容效应。这样可以提高芯片的集成度和器件的速度。S

3、OI/CMOS电路下图示出理想的SOI/CMOS结构。业已应用兰宝石衬底外延硅结构(SOS-SilicononSapphire结构)。SOI结构是针对亚微米CMOS器件提出的，以取代不适应要求的常规结构，SOI结构在高压集成电路和三维集成电路中也有广泛应用。Insulator/sapphire兰宝石Bi-CMOS工艺Bi-CMOS同时包括双极和MOS晶体管的集成电路，它结合了双极器件的高跨导、强驱动能力和CMOS器件的高集成度、低功耗的优点，使它们互相取长补短、发挥各自优点，制造高速、高集成度、性能好的VLSI。第2章CMOS技术1.CMOS制造

4、工艺2.MOS器件的工作原理3.MOS无源元件4.CMOS技术的其他考虑2.MOS器件的工作原理nMOS管沟道的形成MOS晶体管的分类MOS管的阈值电压MOS管的版图和结构nMOS管沟道的形成反型层和n型硅都依靠自由电子导电，但电子产生的方法不同。n型硅自由电子是在制造过程中由扩散掺杂工艺产生反型层自由电子则由栅极电压感应产生故MOS管又称场效应晶体管当VV，V≤V-V时为线性状态，gstndsgstnI现随V的增加而增加，也随V的增加而dsgds增加。当V>V，V>V-V时为饱

5、和状态，Igstndsgstnds只随V的增加而增加，但不随V的增加而gds明显增加。当然，V有一定限制，电压过高，晶体管ds将被击穿。nMOS器件理想方程00vvGST2vDSi(vVv)0vvVDGSTDSDSGST22(vV)0vVvGSTGSTDS2WW2KC()(/AV)0oxLLMOS管的阈值电压V是MOS晶体管的一个极其重要的参数TV可在制造过程中加以控制T阈值电压大小取决于：栅极材料栅极绝缘材料栅极绝缘层厚度沟道掺杂浓度源极与衬底之间电压环境温度：随温

6、度升高而降低调节阈值电压大小方法：用离子注入法改变沟道掺杂浓度采用不同栅极绝缘材料V取的太大，晶体管不易导通，要求很大的tn驱动电流才能导通V取的太小，晶体管不易截止，抗干扰能力tn变差通常V0.2VtnDDMOS晶体管的分类nMOS管：电子作为导电载流子pMOS管：空穴导电增强型耗尽型增强型耗尽型nMOSnMOSpMOSpMOS符号伏安-Vgs-Vtp0-Vgs0Vtp特IdId性Id：漏电流--IdVgs：栅电-+0Id0VtnVgs-VtnVgs压MOS管的版图和结构第2章CMOS技术1.CMOS制造工艺2.MOS器件的工作原理3

7、.MOS无源元件4.CMOS技术的其他考虑3.CMOS无源元件集成电阻扩散电阻或离子注入电阻阱电阻多晶硅电阻金属电阻MOS晶体管形成电阻薄膜电阻阻值计算LRA•线性特性2•功率PIVIR•额定电流电迁移率•寄生效应寄生电容依赖衬底电压扩散电阻或离子注入电阻源/漏扩散电阻源/漏离子注入电阻薄层电阻Rs在100—200Ω／口薄层电阻Rs在500—2000Ω／口绝对误差精度土35％绝对误差精度土15％相对误差2％（5μm）0.2％（50μm）相对误差2％（5μm）0.15％（50μm）温度系数1500ppm/℃温度系数400ppm/℃

8、电压系数200ppm/V电压系数800ppm/V此种电阻对地寄生电容与电压有关多晶硅电阻多晶硅电阻薄层电阻R