双极型微电子技术简介
出处:sillboy 发布于:2008-12-02 11:46:02
双极型制造工艺是早期集成电路产品所应用的工艺。随着微电子工艺的发展,双极型工艺逐渐被MOS工艺所代替。在20世纪70年代,CMOS工艺逐渐成为主流微电子制造工艺。在过去的30多年中,CMOS工艺有了很大的发展,但是双极型工艺始终没有较大的进步。由于双极型工艺过程复杂、成本高、集成度低,在现代的超大规模集成电路中己经很少单独使用。但是,双极型工艺速度快、较大的电流驱动能力等特点是CMOS工艺所达不到的。在某些情况下,作为CMOS工艺的补充,双极型工艺仍然被少量地使用。
双极型三极管是双极型工艺的典型器件。双极型三极管是由两种载流子参与导电的半导体器件,它由两个pn结组合而成,是一种电流控制电流源器件(CCCS)。根据三极管三极掺杂杂质不同,双极型三极管可以分为NPN型三极管和PNP型三极管,如图1所示。以NPN型三极管为例,集电极电流和基极电流流入三极管,发射极电流流出三极管,流进的电流等于流出的电流。发射区掺杂浓度高,基区掺杂浓度低且很薄,而集电结面积较大,是保证三极管能够实现电流放大的关键。
图1 NPN与PNP双极型三极管电路图与结构示意图
双极型制造工艺可以粗略地分为两类:一类在元器件间需要做电隔离;另一类在元器件间不需要做电隔离,而只需自然隔离。大部分双极型工艺都采用种做法,在元器件间做电隔离。电隔离的方法有很多,如pn结隔离、全介质隔离及pn结-介质混合隔离。在早期的标准双极型工艺中,都是采用pn结来隔离各个三极管间的集电极。采用pn结隔离分为三种结构:(1)标准下埋集电极三极管(SBC),(2)集电极扩散隔离三极管(CDI),(3)三重扩散三极管(3D)。
如图2(a)所示,在SBC工艺中,集电极区域由一个重掺杂n+埋层和一个轻掺杂n型外延层构成。集电极间的隔离由与衬底相连的p型扩散区来实现。基极和发射极区域在隔离层结构制作以后通过扩散得到。图2(b)展示的是CDI工艺,整个器件区域由一个n+环包围,这个n+环与下埋n+层相连,这样三极管就被由集电极和衬底构成的pn结与外界隔离开来。3D工艺如图2(c)所示,集电极、发射极、基极均是由注入工艺实现的。pn结隔离通常使得晶体管的尺寸较大,因此使得双极型工艺不适合在现代的超大规模集成电路中应用。
图2 3种pn结隔离工艺截面图
典型的pn结隔离的双极型工艺流程复杂,总的工序一般有40多道。这里以标准下埋集电极(SBC)工艺的主要的工艺流程为例进行介绍,如图3所示。
图3 SBC双极型工艺主要流程
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