双极工艺.pptx
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双极工艺.pptx
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TTLI2LECLTTLI2LECLTTLI2LECL集成电路制造工集成电路制造工艺艺1TTLI2LECLTTLI2LECLTTLI2LECL双极集成电路的基本工艺双极集成电路的基本工艺双极集成电路中元件结构双极集成电路中元件结构2TTLI2LECLTTLI2LECLTTLI2LECL1.二极管(二极管(PN结)结)正方向正方向反方向反方向VI电路符号:
电路符号:
+-有电流流过有电流流过没有电流流过没有电流流过对于硅二极管,正方向的对于硅二极管,正方向的电位差与流过的电流大小电位差与流过的电流大小无关,始终保持无关,始终保持0.6V-0.7V双极集成电路的基本元素双极集成电路的基本元素P-SiN-Si+-3TTLI2LECLTTLI2LECLTTLI2LECL1.二极管(二极管(PN结)结)双极集成电路的基本元素双极集成电路的基本元素np4TTLI2LECLTTLI2LECLTTLI2LECL2.双极型晶体双极型晶体管管双极集成电路的基本元素双极集成电路的基本元素pnpB端端E端端C端端ECBnpnB端端E端端C端端CBENPNBECPNPBEC5TTLI2LECLTTLI2LECLTTLI2LECLCBENPNBEC?
BCEnpnBCE6TTLI2LECLTTLI2LECLTTLI2LECL1.1.11.1.1双极集成电路中元件的隔离双极集成电路中元件的隔离BECnpnBECnpnCBECBEEBEBC7TTLI2LECLTTLI2LECLTTLI2LECLBECpnBECpnnn双极集成电路中元件的隔离双极集成电路中元件的隔离介质隔离介质隔离PN隔离隔离BECpn+nBECpnn+n+n+n+n+P-SiP+P+P+S8TTLI2LECLTTLI2LECLTTLI2LECL1.1.21.1.2双极集成电路元件的形成过程结构和寄生效应双极集成电路元件的形成过程结构和寄生效应发射区发射区(N+型型)衬底衬底(P型型)双极集成电路元件断面图双极集成电路元件断面图BECpn+n-epin+P-SiP+P+S四层三结结构的双极晶体管四层三结结构的双极晶体管基区基区(P型型)集电区集电区(N型外延层型外延层)n+-BL9TTLI2LECLTTLI2LECLTTLI2LECL双极集成电路等效电路双极集成电路等效电路CBEpn+n-epin+n+-BLP-SiP+P+SC(n)B(p)E(n+)npnpnpS(p)等效电路等效电路10TTLI2LECLTTLI2LECLTTLI2LECL典型典型PNPN结隔离双极集成电路中元件的形成过结隔离双极集成电路中元件的形成过程程1:
衬底选择确定衬底材料类型确定衬底材料类型CBEpn+n-epin+P-SiP+P+Sn+-BLP型硅型硅(p-Si)确定衬底材料电阻率确定衬底材料电阻率10.cm10.cm确定衬底材料晶向确定衬底材料晶向P型硅型硅(p-Si)11TTLI2LECLTTLI2LECLTTLI2LECL典型典型PNPN结隔离双极集成电路中元件的形成过结隔离双极集成电路中元件的形成过程程2:
第一次光刻-N+隐埋层扩散孔光刻CBEpn+n-epin+P-SiP+P+Sn+-BLP-Si衬衬底底N+隐埋层隐埋层12TTLI2LECLTTLI2LECLTTLI2LECL具体步骤如下:
1生长二氧化硅(湿法氧化):
Si(固体固体)+2H2OSiO2(固体)(固体)+2H2Si-衬底SiO213TTLI2LECLTTLI2LECLTTLI2LECL2隐埋层光刻:
涂胶涂胶腌膜对准腌膜对准曝光曝光光源光源显影显影14TTLI2LECLTTLI2LECLTTLI2LECLAs掺杂(离子注入)掺杂(离子注入)刻蚀(等离子体刻蚀)刻蚀(等离子体刻蚀)去胶去胶N+去除氧化膜去除氧化膜3N+掺杂:
N+15TTLI2LECLTTLI2LECLTTLI2LECLP-SiTepiCBEpn+n-epin+P-SiP+P+Sn+-BLTepi典型典型PN结隔离双极集成电路中元件的形成过程结隔离双极集成电路中元件的形成过程3:
外延层淀积主要设计参主要设计参数数外延层的电阻率外延层的电阻率;外延层的厚度外延层的厚度Tepi;AATepixjc+xmc+TBL-up+tepi-oxTBL-uptepi-oxxmcxjc16TTLI2LECLTTLI2LECLTTLI2LECL典型典型PN结隔离双极集成电路中元件的形成过程结隔离双极集成电路中元件的形成过程4:
第二次光刻-P隔离扩散孔光刻17TTLI2LECLTTLI2LECLTTLI2LECL典型典型PN结隔离双极集成电路中元件的形成过程结隔离双极集成电路中元件的形成过程5:
第三次光刻-P区基区扩散孔光刻CBEpn+n-epin+P-SiP+P+Sn+-BL18TTLI2LECLTTLI2LECLTTLI2LECL典型典型PN结隔离双极集成电路中元件的形成过程结隔离双极集成电路中元件的形成过程6:
第四次光刻-N+发射区扩散孔光刻CBEpn+n-epin+P-SiP+P+Sn+-BL19TTLI2LECLTTLI2LECLTTLI2LECL典型典型PN结隔离双极集成电路中元件的形成过程结隔离双极集成电路中元件的形成过程7:
第五次光刻-引线孔光刻CBEpn+n-epin+P-SiP+P+Sn+-BL20TTLI2LECLTTLI2LECLTTLI2LECL典型典型PN结隔离双极集成电路中元件的形成过程结隔离双极集成电路中元件的形成过程8:
铝淀积21TTLI2LECLTTLI2LECLTTLI2LECL典型典型PN结隔离双极集成电路中元件的形成过程结隔离双极集成电路中元件的形成过程9:
第六次光刻-铝反刻22TTLI2LECLTTLI2LECLTTLI2LECL双极集成电路元件断面图双极集成电路元件断面图BECpn+n-epin+P+P+SP-Sin+-BLBECSAAP+P+隔离扩散隔离扩散PP基区扩散基区扩散N+N+隔离扩散隔离扩散接触孔接触孔铝线铝线隐埋层隐埋层23TTLI2LECLTTLI2LECLTTLI2LECL集成电路中的无源元件一般集成电路中使用的无源元件一般集成电路中使用的无源元件常见的无源元件有常见的无源元件有电阻、电容、电阻、电容、电感电感24TTLI2LECLTTLI2LECLTTLI2LECL集成电路中的无源元件1电阻wdL25SLdWLRnnqn0TTLI2LECLTTLI2LECLTTLI2LECL氧化膜氧化膜pnP型扩散层型扩散层(电阻)(电阻)集成电路中的无源元件电阻26TTLI2LECLTTLI2LECLTTLI2LECL氧化膜氧化膜pnn耗尽层耗尽层(反向偏压)(反向偏压)P型扩散层型扩散层(电阻)(电阻)基区扩散电阻基区扩散电阻(RF=100-200/)氧化膜氧化膜pnn耗尽层耗尽层(反向偏压)(反向偏压)夹层电阻区域夹层电阻区域夹层电阻夹层电阻(RF=2-10K/)n+nN型扩散层型扩散层集成电路中的无源元件电阻27TTLI2LECLTTLI2LECLTTLI2LECL集成电路中的无源元件电容导电层导电层绝缘层绝缘层氧化膜氧化膜pn平板型电容平板型电容n叠式结构电容叠式结构电容槽式结构电容槽式结构电容氧化膜氧化膜电容极板电容极板金属引线金属引线n28FSdC一般材料纯度在一般材料纯度在99.9已认为很高了,有已认为很高了,有0.1的杂质不会影响物质的性质。
而半导体材料不同,的杂质不会影响物质的性质。
而半导体材料不同,纯净的硅在室温下:
纯净的硅在室温下:
21400cm如果在硅中掺入杂质磷原子,使硅的纯度仍保持为如果在硅中掺入杂质磷原子,使硅的纯度仍保持为99.9999。
则其电阻率变为:
。
则其电阻率变为:
0.2cm。
因。
因此,可利用这一性质通过掺杂质的多少来控制硅的此,可利用这一性质通过掺杂质的多少来控制硅的导电能力。
导电能力。
半导体的导电能力随所含的微半导体的导电能力随所含的微量杂质而发生显著变化量杂质而发生显著变化29NN型半导体与型半导体与NN型半导体型半导体NN型半导体型半导体PP型半导体型半导体施主杂质施主杂质受主杂质受主杂质30半导体材料的导电率半导体材料的导电率电子以速度电子以速度VdVd移动移动则有则有:
由式由式
(1)
(1)、式(、式(22)可得)可得电子浓度电子浓度电子迁移率电子迁移率要改变半导体材料的电导率改变n0E31nnqn0)(10dqVnJnndEV)(2EJnnCBEpn+n-epin+P+P+SC(n)B(p)E(n+)npnpnpS(p)P-Sin+-BL32BECpn+n-epin+P+P+SP-Sin+-BL为了减小集电极串联电阻为了减小集电极串联电阻,电阻率应取小电阻率应取小.为了减小结电容为了减小结电容,外延层下推小外延层下推小,电阻率应取大电阻率应取大;折中33
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