集成電路原理第三章

集成電路原理第三章第1頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.1雙極型IC的隔離技術(shù)3.1.1pn結(jié)隔離技術(shù)

目的：——使做在不同隔離區(qū)的元件實現(xiàn)電隔離

結(jié)構(gòu)：隔離環(huán)圖3-1PN結(jié)隔離技術(shù)示意圖2第2頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月

特點：為降低集電極串聯(lián)電阻rCS，在P型襯底與n型外延之間加一道n+埋層，提供IC的低阻通路。集電極接觸區(qū)加磷穿透擴散（應在基區(qū)擴散之前進行）可采用對通隔離技術(shù)3第3頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月對通隔離技術(shù)——在n+埋層擴散后，先進行p+濃硼下隔離擴散，去除氧化層后，生長n型外延，然后在進行p+濃硼上隔離擴散的同時，做縱向pnp管的發(fā)射區(qū)擴散，這樣可縮短擴散時間，使橫向擴散尺寸大為降低，節(jié)省了芯片面積。圖3-2對通隔離技術(shù)示意圖4第4頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月3.1.2等平面隔離工藝等平面隔離工藝——利用Si的局部氧化LOCOS工藝實現(xiàn)pn結(jié)—介質(zhì)混合隔離技術(shù)，有利于縮小管芯面積和減小寄生電容。圖3-35第5頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2雙極晶體管制造工藝圖3-46第6頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月泡發(fā)射極工藝——在發(fā)射區(qū)擴散后，用1%的HF酸“泡”（漂洗）出發(fā)射區(qū)擴散窗口（包括發(fā)射極接觸孔），此窗口即為E極接觸孔，晶體管尺寸減小，進而CBC、CBE，可與淺結(jié)工藝配合制出高速、高集成度的IC。但由于Al在Si中的“滲透”較強，易造成EB結(jié)短路，因此需采用新的多層金屬化系統(tǒng)。發(fā)射極工藝的原理——利用1%HF酸對PSG的腐蝕速度5nm/s，而對SiO2的為0.125nm/s，1分鐘可將300nm的PSG漂盡，而SiO2只去掉7.5nm，因此E極窗口被“泡”出后，周圍的SiO2腐蝕很少。7第7頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月等平面II工藝——在等平面I工藝的基礎(chǔ)上，將發(fā)射極與介質(zhì)隔離墻相接，使得器件尺寸和寄生電容，這主要是因為在掩模版和硅片上刻制長而窄的矩形比刻一個寬度相同但短的矩形容易得多。所以，等平面II工藝的發(fā)射區(qū)比等平面I的小，其CBE也小。其集電區(qū)面積比泡發(fā)射極工藝小70%以上，比等平面I工藝小40%以上。8第8頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.3集成npn管的版圖設(shè)計3.3.1集成npn管電極配置9第9頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月3.3.2典型的晶體管版圖圖形10第10頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月

雙基極條圖形是IC中常用的一種圖形，允許通過更大的電流，其面積比單基極條稍大，所以特征頻率稍低；但基極電阻為單基極條的一半，其最高振蕩頻率比單基極條的高。

型和型集電極圖形增大了集電極面積，其主要特點是集電極串聯(lián)電阻小，飽和壓降低，可通過較大的電流，一般作輸出管。11第11頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月

雙極型功率管的版圖圖形采用了梳狀發(fā)射極和基極結(jié)構(gòu)，增寬了電流通路的截面積，允許通過更大的電流，發(fā)射區(qū)采用狹長條以減小趨邊（集邊）效應。12第12頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.4雙極IC中的集成二極管在IC中，集成二極管的結(jié)構(gòu)除單獨的BC結(jié)外，通常由晶體管的不同連接方式而構(gòu)成多種形式，并不增加IC工序，而且可以使二極管的特性多樣化，以滿足不同電路的需要。3.4.1集成二極管的構(gòu)成方式13第13頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月3.4.2集成二極管的剖面示意圖14第14頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月六種集成二極管的特性比較15第15頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月二極管接法的選擇由電路對正向壓降、動態(tài)電阻、電容、存儲時間和擊穿電壓的不同要求來決定。其中，最常用的有兩種：BC結(jié)短接二極管，因為沒有寄生PNP效應，且存儲時間最短，正向壓降低，故一般DTL邏輯的輸入端的門二極管都采用此接法。

單獨的BC結(jié)二極管，因為不需要發(fā)射結(jié)，所以面積可作得很小，正向壓降也低，且擊穿電壓高。16第16頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.5橫向pnp、縱向pnp晶體管的結(jié)構(gòu)與特點3.5.1橫向pnp晶體管圖3-10

主要特點：

BVEBO高（xjc深，

epi高）?

電流放大系數(shù)小

由于工藝限制，基區(qū)寬度不可能太小；

縱向寄生pnp管將分掉部分發(fā)射區(qū)注入電流，只有側(cè)壁注入的載流子才對橫向pnp管的有貢獻。

基區(qū)均勻摻雜，無內(nèi)建加速電場，主要是擴散運動。表面遷移率低于體內(nèi)遷移率。

基區(qū)的表面復合作用。17第17頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月?頻率響應差

平均有效基區(qū)寬度大，基區(qū)渡越時間長。空穴的擴散系數(shù)僅為電子的1/3。?發(fā)生大注入時的臨界電流小橫向pnp的基區(qū)寬度大，外延層Nepi低，空穴擴散系數(shù)低。?擊穿電壓主要取決于CE之間的穿通。提高擊穿電壓與增大電流增益是矛盾的。18第18頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月3.5.2縱向pnp管（襯底pnp晶體管）19第19頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月

主要特點：縱向pnp管的C區(qū)為整個電路的公共襯底，直流接最負電位，交流接地。使用范圍有限，只能用作集電極接最負電位的射極跟隨器。晶體管作用發(fā)生在縱向，各結(jié)面較平坦，發(fā)射區(qū)面積可以做得較大，工作電流比橫向pnp大。因為襯底作集電區(qū)，所以不存在有源寄生效應，故可以不用埋層。外延層作基區(qū)，基區(qū)寬度較大，且硼擴散p型發(fā)射區(qū)的方塊電阻較大，因此基區(qū)輸運系數(shù)和發(fā)射效率較低，電流增益較低。20第20頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月由于一般外延層電阻率

epi較大，使基區(qū)串聯(lián)電阻較大?？刹扇、B短接的方式，使外基區(qū)電阻=0，同時減小了自偏置效應，抑制趨邊效應，改善電流特性；E、B短接還有助于減少表面復合的影響，提高電流增益。

提高襯底pnp管電流增益的措施

降低基區(qū)材料的缺陷，減少復合中心數(shù)目，提高基區(qū)少子壽命。

適當減薄基區(qū)寬度，采用薄外延材料。但同時應注意，一般襯底pnp管與普通的npn管做在同一芯片上，pnp基區(qū)對應npn管的集電區(qū)，外延過薄，將導致npn管集電區(qū)在較低反向集電結(jié)偏壓下完全耗盡而穿通。21第21頁，課件共22頁，創(chuàng)