集成電路設(shè)計基礎(chǔ)ch(3)(已修改)
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【正文】 2022/2/4 1 第二章 IC制造材料結(jié)構(gòu)與理論 了解集成電路材料 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識 PN結(jié)與結(jié)型二極管 雙極型晶體管基本結(jié)構(gòu)與工作原理 MOS晶體管基本 結(jié)構(gòu)與工作原理 2022/2/4 2 表 集成電路制造所應(yīng)用到的材料分類 1022~1014 Scm1 SiO SiON、 Si3N4等 絕 緣 體 109~102 Scm1 硅、鍺、砷化鎵、磷化銦等 半 導(dǎo) 體 105 Scm1 鋁、金、鎢、銅等 導(dǎo) 體 電 導(dǎo) 率 材 料 分 類 了解集成電路材料 2022/2/4 3 ?半導(dǎo)體材料在集成電路的制造中起著根本性的作用 摻入雜質(zhì)可改變電導(dǎo)率 /熱敏效應(yīng) /光電效應(yīng) 表 半導(dǎo)體材料的重要物理特性 ?硅，砷化鎵和磷化銦是最基本的三種半導(dǎo)體材料 2022/2/4 4 硅 (Si) ? 基于硅的多種工藝技術(shù)： 雙極型晶體管（ BJT） 結(jié)型場效應(yīng)管（ JFET） P型、 N型 MOS場效應(yīng)管 雙極 CMOS（ BiCMOS） ? 價格低廉，占領(lǐng)了 90％的 IC市場 2022/2/4 5 砷化鎵 (GaAs) ?能工作在 超高速超高頻 ，其原因在于這些材料具有更高的載流子遷移率，和近乎半絕緣的電阻率 ?GaAs的優(yōu)點(diǎn) : fT可達(dá) 150GHz/可制作發(fā)光器件/工作在更高的溫度 /更好的抗輻射性能 ?GaAs IC 的三種有源器件 : MESFET, HEMT 和 HBT 2022/2/4 6 磷化銦 (InP) ?能工作在超高速超高頻 ?三種有源器件 : MESFET, HEMT和 HBT ?廣泛應(yīng)用于光纖通信系統(tǒng)中 覆蓋了玻璃光纖的最小色散（ ）和最小衰減（ ）的兩個窗口 2022/2/4 7 絕緣材料 ?SiO2 、 SiON和 Si3N4是 IC 系統(tǒng)中常用的幾種絕緣材料 功能包括： ?充當(dāng)離子注入及熱擴(kuò)散的掩膜 ?器件表面的鈍化層 ?電隔離 2022/2/4 8 ?金屬材料有三個功能： 1. 形成器件本身的接觸線 2. 形成器件間的互連線 3. 形成焊盤 金屬材料 2022/2/4 9 ?半導(dǎo)體表面制作了金屬層后 ， 根據(jù)金屬的種類及半導(dǎo)體摻雜濃度的不同 ， 可形成 肖特基型接觸或歐姆接觸 ? 如果摻雜濃度較低 ， 金屬和半導(dǎo)體結(jié)合面形成 肖特基型接觸 ， 構(gòu)成 肖特基二極管 。 ? 如果摻雜濃度足夠高 ， 以致于隧道效應(yīng)可以抵消勢壘的影響 ， 那么就形成了 歐姆接觸 (雙向低歐姆電阻值 )。 ?器件互連材料包括 金屬 ， 合金 ， 多晶硅 ， 金屬硅化物 2022/2/4 10 IC制造用金屬材料 ? 鋁 ， 鉻 ， 鈦 ， 鉬 ， 鉈 ， 鎢等純金屬和合金薄層在 VLSI制造中起著重要作用 。 這是由于這些金屬及合金有著獨(dú)特的屬性 。 如對 Si及絕緣材料有良好的附著力 ， 高導(dǎo)電率 ， 可塑性 ， 容易制造 ， 并容易與外部連線相連 。 ? 純金屬薄層用于制作與工作區(qū)的連線 ， 器件間的互聯(lián)線 ， 柵及電容 、 電感 、 傳輸線的電極等 。 2022/2/4 11 鋁（ Al） ? 在 Si基 VLSI技術(shù)中 ， 由于 Al幾乎可滿足金屬連接的所有要求 ， 被廣泛用于制作歐姆接觸及導(dǎo)線 。 ? 隨著器件尺寸的日益減小 ， 金屬化區(qū)域的寬度也越來越小 ， 故連線電阻越來越高 ，其 RC常數(shù)是限制電路速度的重要因素 。 ? 要減小連線電阻 ， 采用
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