CMOS基础及基本工艺流程资料.ppt

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1、MOS器件基础及CMOS集成技术摩尔定律半导体先驱和英特尔公司创始人戈登.摩尔在1964年预言，芯片上的晶体管数大约每隔一年（后来1975年修正为18个月）翻一翻。进30年来产业规模和技术水平的增长规律验证了摩尔定律的正确性。器件及IC的特征尺寸每3年缩小4倍，集成度提高4倍，性能/价格比同步提高。“摩尔定律”的三种"版本"：1、集成电路芯片上所集成的电路的数目，每隔18个月就翻一番。2、微处理器的性能每隔18个月提高一倍，而价格下降一倍。3、用一个美元所能买到的电脑性能，每隔18个月翻两番。MOS器件结构及特性1.MOSFET结构及

2、工作原理其分类金属-氧化物-半导体（MOS）晶体管是一个四端器件：G(栅)——薄膜氧化层＋栅电极层（金属或重掺杂多晶硅）S/D(源漏)——栅极两侧两个重掺杂区形成背对背的pn结B(衬底)——通常是硅源漏两个电极之间的区域称为沟道区，源漏及沟道区通称有源区，有源区之外称场区，场区上的氧化层（FOX）通常比栅氧化层厚一个数量极，以提高阈值，实现器件之间的隔离。注意：由于MOS晶体管的结构是对称的，因此在不加偏压时，无法区分器件的源和漏，只有加电压之后才能确定哪一端是源，哪一端是漏。MOS器件结构场区MOSFET的基本工作原理对于n沟增强型

3、MOSFET，当栅压增大时，p型半导体表面的多数载流子空穴逐渐减少、耗尽，而电子逐渐积累到反型。使半导体表面达到强反型时所需加的栅源电压称为阈值电压VT（随温度的升高而降低）。当表面达到反型时，电子积累层将在n+源区和n+漏区之间形成导电沟道。当Vds≠0时，源漏电极之间有较大的电流Ids流过。当Vgs>VT并取不同数值时，反型层的导电能力将改变，在相同的Vds下也将产生不同的Ids,实现栅源电压Vgs对源漏电流Ids的控制。耗尽型则是在零栅压是也是导通的，若要截止，需要施加栅压将沟道耗尽才行，使导电沟道开始消失的栅压称为夹断电压（V

4、p）。MOSFET的分类1.根据根据器件结构进行分类：N沟MOS晶体管（nMOST）的衬底为p型，源漏区为重掺杂的n＋区，沟道中的载流子为电子；p沟MOS晶体管（pMOST）的衬底为n型，源漏区为重掺杂的p＋区，沟道中的载流子为空穴。MOS器件在正常情况下，只有一种载流子（n沟为电子，p沟为空穴）在工作，因此也称这种器件为单极晶体管，这是与双极晶体管相对而言的，双极晶体管在正常工作时与两种类型的载流子（电子和空穴）都有关。2.根据工作模式进行分类：MOSFET在零栅压时不存在漏源导电沟道，这种常断（关断）器件，通常称为增强型器件（E器

5、件）。在这种器件中，为了形成导电沟道，需要施加一定的栅压，使之形成导电沟道时的最小栅压称为阈值电压或开启电压。MOSFET在零栅压时，漏和源之间就已经存在一个导电沟道，即在零栅压时，器件也是导通的（常通器件），若要使这种器件截止，需要施加栅压将沟道耗尽才行，因此称这种器件为耗尽型器件（D器件）。它不像增强型器件那样，电流只在表面流动，而是在远离表面的体区中流动，因此耗尽型器件有时也称为埋沟型器件。四种不同类型的MOSFET器件类型常态栅压n沟p沟增强型关＋Vg开启－Vg开启耗尽型开－Vg关闭＋Vg关闭MOSFET直流特性线性区：对于给

6、定的Vgs（>Vth），线性区的Id随Vds线性增加。饱和区：Ids不再随Vds增加而增加，它达到了饱和值。击穿区：饱和区之后，若Vds进一步增加，晶体管将进入击穿区。在该区，Ids随Vds的增加而迅速增加，甚至引起漏-衬pn结击穿，这是由漏端的高电场引起的。截止区：Vgs

7、（或泄漏电流）。此时器件处于在亚阈值状态，表面为弱反型，p型硅的表面变为n型，但这种反型很弱，电子浓度低于体区的空穴浓度。由于低的电子浓度产生的电场较低，因此亚阈值电流主要是由载流子扩散引起。但是亚阈值电流要高于反向漏-源pn结引起的泄漏电流。穿通若MOSFET的栅压Vgs很小（Vth），源衬势垒减小，源区电子越过势垒在漏源之间形成

8、电流。保持Vgs不变，增加Vds，那么漏端耗尽区向源端延伸，随着Vds的进一步增加，最后会在某一漏电压时，漏端耗尽区将与源端耗尽区相连接，这也会使源衬势垒降低。这时，即使器件处于截止的偏压条件下，漏源之间也有很大的电流，