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(shí)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(diǎn)：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(kuò)散（應(yīng)在基區(qū)擴(kuò)散之前進(jìn)行）可采用對(duì)通隔離技術(shù)3第3頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)通隔離技術(shù)——在n+埋層擴(kuò)散后，先進(jìn)行p+濃硼下隔離擴(kuò)散，去除氧化層后，生長(zhǎng)n型外延，然后在進(jìn)行p+濃硼上隔離擴(kuò)散的同時(shí)，做縱向pnp管的發(fā)射區(qū)擴(kuò)散，這樣可縮短擴(kuò)散時(shí)間，使橫向擴(kuò)散尺寸大為降低，節(jié)省了芯片面積。圖3-2對(duì)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(shí)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(kuò)散后，用1%的HF酸“泡”（漂洗）出發(fā)射區(qū)擴(kuò)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(jìn)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(qiáng)，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(duì)PSG的腐蝕速度5nm/s，而對(duì)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?yàn)樵谘谀０婧凸杵峡讨崎L(zhǎng)而窄的矩形比刻一個(gè)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(jì)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(diǎn)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(zhǎng)條以減小趨邊（集邊）效應(yīng)。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(dú)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(duì)正向壓降、動(dòng)態(tài)電阻、電容、存儲(chǔ)時(shí)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?yàn)闆]有寄生PNP效應(yīng)，且存儲(chǔ)時(shí)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(dú)的BC結(jié)二極管，因?yàn)椴恍枰l(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(diǎn)3.5.1橫向pnp晶體管圖3-10

主要特點(diǎn)：

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??；

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(duì)橫向pnp管的有貢獻(xiàn)。

基區(qū)均勻摻雜，無內(nèi)建加速電場(chǎng)，主要是擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。表面遷移率低于體內(nèi)遷移率。

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

平均有效基區(qū)寬度大，基區(qū)渡越時(shí)間長(zhǎng)?？昭ǖ臄U(kuò)散系數(shù)僅為電子的1/3。?發(fā)生大注入時(shí)的臨界電流小橫向pnp的基區(qū)寬度大，外延層Nepi低，空穴擴(kuò)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(diǎn)：縱向pnp管的C區(qū)為整個(gè)電路的公共襯底，直流接最負(fù)電位，交流接地。使用范圍有限，只能用作集電極接最負(fù)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?yàn)橐r底作集電區(qū)，所以不存在有源寄生效應(yīng)，故可以不用埋層。外延層作基區(qū)，基區(qū)寬度較大，且硼擴(kuò)散p型發(fā)射區(qū)的方塊電阻較大，因此基區(qū)輸運(yùn)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。可采取E、B短接的方式，使外基區(qū)電阻=0，同時(shí)減小了自偏置效應(yīng)，抑制趨邊效應(yīng)，改善電流特性；E、B短接還有助于減少表面復(fù)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(fù)合中心數(shù)目，提高基區(qū)少子壽命。

適當(dāng)減薄基區(qū)寬度，采用薄外延材料。但同時(shí)應(yīng)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(duì)應(yīng)npn管的集電區(qū)，外延過薄，將導(dǎo)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)