超大规模集成电路技术基础ppt课件

第第9章章 工艺集成工艺集成 原始材料：抛光晶片原始材料：抛光晶片 薄膜成型：外延膜、电介质膜、薄膜成型：外延膜、电介质膜、多晶硅膜、金属膜，氧化膜多晶硅膜、金属膜，氧化膜 掺杂与光刻：扩散、注入、各种光刻掺杂与光刻：扩散、注入、各种光刻 刻蚀：湿法与干法刻蚀：湿法与干法 IC芯片：图形转换到晶片芯片：图形转换到晶片 小规模集成电路小规模集成电路SSI：元件数：元件数 个个 中规模集成电路中规模集成电路MSI：元件数：元件数 个个黄君凯 教授图图9-1 IC制造流程制造流程310210 大规模集成电路大规模集成电路LSI：元件数：元件数 个个 超大规模集成电路超大规模集成电路VLSI：元件数：元件数 个个 特大规模集成电路特大规模集成电路ULSI：元件数：元件数 个个黄君凯黄君凯 教授教授图图9-2 晶片与单个元件晶片与单个元件7107105109.1 无源元件无源元件9.1.1 集成电路电阻器集成电路电阻器（1）工艺方法）工艺方法 淀积有阻抗作用的膜层，再经光刻和刻蚀形成电阻器。淀积有阻抗作用的膜层，再经光刻和刻蚀形成电阻器。在衬底上掺杂导电类型相反的杂质，形成电阻器。在衬底上掺杂导电类型相反的杂质，形成电阻器。黄君凯 教授图图9-3 集成电阻器集成电阻器（2）电阻计算）电阻计算 对上图长宽分别为对上图长宽分别为L和和W的直条型电阻器，在深度的直条型电阻器，在深度x处的微分截面处的微分截面为为 ，则与表面平行的，则与表面平行的P型硅薄层电导型硅薄层电导 为为式中式中 和和 分别是空穴迁移率和分别是空穴迁移率和x处掺杂浓度。对结深处掺杂浓度。对结深 的电阻器，的电阻器，令一个方形电阻的电导为：令一个方形电阻的电导为：，（，（9-1）则当则当L=W 时，时，G=g，因此电阻值为：，因此电阻值为：，（，（9-2）式中式中 称为称为，单位为，单位为 ，则：，则：，（，（9-3）黄君凯 教授WdxdG()pWdxdGqp xLp()p xjx0()jxpgqp x dx/1RgLRRW11()LRGWg00()jjxxpWGdGqp x dxL【讨论讨论】n式（式（9-1）表明：掺杂工艺决定方块电阻）表明：掺杂工艺决定方块电阻 。n式（式（9-3）表明：）表明：值确定以后，电阻值取决与图形尺寸。值确定以后，电阻值取决与图形尺寸。n端头接触处阻值为端头接触处阻值为0.65 ，拐角处阻值也为，拐角处阻值也为0.65 。9.1.2 集成电路电容器集成电路电容器：重掺杂材料构成电容器的下电极，既减少串联电阻，又：重掺杂材料构成电容器的下电极，既减少串联电阻，又 使使MOS电容量与外加电压无关。电容量与外加电压无关。：反偏作用导致电容量随偏压变化，且串联电阻较高。：反偏作用导致电容量随偏压变化，且串联电阻较高。黄君凯 教授RRRR黄君凯 教授图图9-4 集成电路电容器集成电路电容器9.1.3 集成电路电感器集成电路电感器（1）工艺方法）工艺方法黄君凯 教授图图9-5 螺旋电感器螺旋电感器（2）（9-4）式中式中R为电感器阻值，为电感器阻值，为频率，平板型螺旋电感器的电感为频率，平板型螺旋电感器的电感L为：为：（9-5）式中式中 为真空磁导率，为真空磁导率，n为旋转圈数，为旋转圈数，r为螺旋半径，为螺旋半径，L是以亨利为单位是以亨利为单位的电感量。的电感量。【讨论讨论】提高提高 值方法值方法n使用低介质常数材料（使用低介质常数材料（3.9），减少金属线与衬底耦合电容），减少金属线与衬底耦合电容 。n使用厚膜金属或低阻值金属，减小金属线的固有电阻使用厚膜金属或低阻值金属，减小金属线的固有电阻 。n使用绝缘衬底，减小硅衬底电阻使用绝缘衬底，减小硅衬底电阻 。黄君凯 教授LQRQ020Ln rQ1RPCsubR9.2 双极晶体管技术双极晶体管技术n双极晶体管结构双极晶体管结构【注意注意】：提供电流的低阻值通道和反偏隔离。：提供电流的低阻值通道和反偏隔离。黄君凯 教授图图9-6 集成电路中的双极晶体管集成电路中的双极晶体管n双极晶体管的隔离：结隔离和氧化物隔离双极晶体管的隔离：结隔离和氧化物隔离黄君凯 教授图图9-7 双极晶体管隔离方法双极晶体管隔离方法