双极型制作工艺课件.ppt

双极型逻辑集成电路,1-1 电学隔离（1）反偏PN结隔离（2）全介质隔离（3）混合隔离元件,所有晶体管的集电极都在外延层上，隔离的目的是使不同隔离区的元件实现电隔离。,第一章 双极型集成电路制作工艺,（1）反偏PN结隔离 通过外延，选择性扩散等工艺方法，将芯片划分为若干个由P区包围的N型区，P区接电路中的最低电位，使PN结反偏。利用反偏PN结对器件进行隔离。,反偏PN结隔离工艺简单占芯片面积较大且受反向漏电影响，隔离效果不是最佳 寄生电容较大MOSFET可以利用自身的PN结实现电学隔离,（2）全介质隔离用SiO2将要制作元件的N型区（或P型区）包围起来，实现隔离,N,N,全介质隔离 隔离效果好工艺复杂（需要反外延，磨片等工艺），生产周期长，成品率低，成本高（主要用于高压和抗辐射等特殊领域的集成电路）,（3）混合隔离元件四周采用介质隔离，而底部用反偏PN结隔离,混合隔离可以使元件的图形尺寸缩小，芯片面积利用率得到提高，（现已广泛采用这种方法）在保证电路正常的工作情况下，尽量减少隔离岛的数目，是IC 版图设计中必须考虑解决的问题,埋层（埋层氧化）,1-2 pn结隔离集成电路工艺流程,初始氧化，热生长厚度约为5001000nm的氧化层,（提供集电极电流的低阻通路）,埋层（埋层光刻）,光刻，利用反应离子刻蚀技术将光刻窗口中的氧化层刻蚀掉，并去掉光刻胶,埋层（埋层扩散）,进行大剂量As+注入并退火，形成n+埋层,埋层（去氧化层）,利用HF腐蚀掉硅片表面的氧化层,外延层（外延生长）,将硅片放入外延炉中进行外延，外延层的厚度和掺杂浓度一般由器件的用途决定,隔离（隔离氧化）,隔离（隔离光刻）,隔离（隔离扩散）,隔离（去氧化层）,基区（基区氧化）,基区（基区光刻）,基区（基区扩散）,基区（去氧化层）,发射区（发射区氧化）,发射区（发射区光刻）,发射区（发射区扩散）,发射区（去氧化层）,金属连线（引线氧化）,金属连线（接触孔光刻）,金属连线（蒸铝）,金属连线（引线光刻）,合金：使Al与接触孔中的硅形成良好的欧姆接触，一般是在450、N2-H2气氛下处理2030分钟形成钝化层在低温条件下(小于300)淀积氮化硅刻蚀氮化硅，形成钝化图形,反刻铝,小结：双极型集成电路制造中的光刻掩膜,一、集成电路中的纵向NPN管(1)PN结隔离的纵向NPN管,1-3 双极型IC中的元件,(2)混合隔离的纵向NPN管,N埋层用于降低集电极串连电阻,(3)小尺寸混合隔离的纵向NPN管,二、集成电路中的二极管,三、集成电路中的电阻 利用半导体材料的体电阻：,四、集成电路中的电容 PN结的反偏电容 平行板电容,N扩散区,1-4 IC元件结构和寄生效应,一、结构,纵向：四层三结结构：n+p n p 四层横向：由版图决定 表现各元件的相对位置，形状，几 何尺寸，互连线走向,发射结集电结隔离结,三结,等效电路,I,二、寄生效应,1、NPN管的寄生效应和分立器件不同，IC中晶体管包含有纵向寄生晶体管。实际中，由于要隔离，衬底总是接最低电位，寄生PNP管的集电结总是反偏。发射结、即NPN管的集电结：当NPN管在饱和区或反向工作区时，它正偏。这时寄生PNP管处于正向有源区。（在逻辑IC中，NPN管经常处于饱和或反向工作区）。于是有IEpnp分走IB流向衬底。减小乃至消除的方法：NPN集电区掺金：少子寿命，埋层：基区宽度，基区N+掺杂，注入效率，,横向寄生效应如一个n型岛内有两个P区，会形成横向PNP结构。可以借此制作PNP管如果不希望出现PNP效应,可拉大间距,或者n区接高电位。在多发射结NPN管中，会形成横向NPN结构，当一个发射结接高电平，其余接地时，该输入端电流会过大，这可通过版图设计解决串联电阻：引线孔在表面，集电极串联电阻大埋层,二、寄生效应,2.二极管中的寄生效应,IC中的二极管一般由NPN管构成，和1类似。,3.电阻的寄生效应,1）基区扩散电阻,2）沟道电阻,要使电流全部流经P区，n区应接最高电位。这样同一个n区中的多个电阻之间即不会形成PNP效应，也不会产生纵向PNP效应。,课堂练习：,P15/2 分析SiO2介质隔离集成晶体管的有源寄生效应和无源寄生效应，和PN结隔离相比有什么优点？,45,谢谢！,