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集成电路设计基础;第四章 集成电路器件工艺;第四章 集成电路器件工艺;图4.1 几种IC工艺速度功耗区位图;4.1 双极型集成电路的基本制造工艺 4.2 MESFET和HEMT工艺 4.3 MOS工艺和相关的VLSI工艺 4.4 BiCMOS工艺;4.1.1 双极性硅工艺 ;先进的双极性硅工艺：NPN三极管;GaAs基同质结双极性晶体管并不具有令人满意的性能;AlGaAs /GaAs基异质结双极性晶体管;GaAs 基 HBT InP 基 HBT Si/SiGe的HBT ;4.2 MESFET和HEMT工艺 ;MESFET;GaAs工艺：HEMT;GaAs工艺：HEMT工艺的三明治结构;Main Parameters of the 0.3 mm Gate Length HEMTs;不同材料系统的研究;与Si三极管相比，MESFET和HEMT的缺点为: 跨导相对低; 阈值电压较敏感于有源层的垂直尺寸形状和掺杂程度； 驱动电流小 阈值电压变化大：由于跨导大，在整个晶圆上，BJT的阈值电压变化只有几毫伏，而MESFET，HEMT由于跨导小，要高十倍多。 ;4.3 MOS工艺和相关的VLSI工艺;图4.7 MOS工艺的分类 ;认识MOSFET;MOS工艺的特征尺寸(Feature Size);4.3.1 PMOS工艺早期的铝栅工艺;铝栅PMOS工艺特点：;Al栅MOS工艺缺点;Al栅MOS工艺的栅极位错问题;铝栅重叠设计;铝栅重叠设计的缺点;克服Al栅MOS工艺缺点的根本方法;自对准技术与标准硅工艺;标准硅栅PMOS工艺;硅栅工艺的优点：;4.3.2 NMOS工艺;了解NMOS工艺的意义;增强型和耗尽性MOSFET (Enhancement mode and depletion mode MOSFET);E-/D-NMOS和E-PMOS的电路符号;E-NMOS的结构示意图(增强型VD=0V, Vgs=Vsb=0V);D-NMOS的结构示意图(耗尽型 VD=0V, Vgs=Vsb=0V);E-PMOS的结构示意图 (增强型 VD=0V, Vgs=Vsb=0V);工作原理：在栅极电压作用下，漏区和源区之间形成导电沟道。这样，在漏极电压作用下，源区电子沿导电沟道行进到漏区，产生自漏极流向源极的电流。改变栅极电压，控制导电沟道的导电能力，使漏极电流发生变化。;E-NMOS工作原理图;NMOS工艺流程;表4.3 NMOS的掩膜和典型工艺流程;图4.17 NMOS反相器电路图和芯片剖面示意图;4.3.3 CMOS工艺;1?Poly-, P阱CMOS工艺流程;典型1P2M n阱CMOS工艺主要步骤;图4.18 P阱CMOS芯片剖面示意图;图4.19 N阱CMOS芯片剖面示意图;图4.20 双阱CMOS工艺 ; ; ; （13） ;CMOS的主要优点是集成密度高而功耗低，工作频率随着工艺技术的改??已接近TTL电路，但驱动能力尚不如双极型器件，所以近来又出现了在IC内部逻辑部分采用CMOS技术，而I/O缓冲及驱动部分使用双极型技术的一种称为BiCMOS的工艺技术。; BiCMOS工艺技术大致可以分为两类：分别是以CMOS工艺为基础的BiCMOS工艺和以双极工艺为基础的BiCMOS工艺。一般来说，以CMOS工艺为基础的BiCMOS工艺对保证CMOS器件的性能比较有利，同样以双极工艺为基础的BiCMOS工艺对提高保证双极器件的性能有利。影响BiCMOS器件性能的主要部分是双极部分，因此以双极工艺为基础的BiCMOS工艺用的较多。 ;BiCMOS工艺下NPN晶体管的俯视图和剖面图;A. 以P阱CMOS工艺为基础的BiCMOS工艺 ;B. 以N阱CMOS工艺为基础的BiCMOS工艺 ;图4.23 N阱CMOS-NPN外延衬底结构剖面图 ;C. 以双极性工艺为基础的BiCMOS工艺 ;图4.24 P阱BiCMOS; 图4.25 以双极工艺为基础的双埋层 双阱Bi-CMOS工艺的器件结构剖面图