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1、集成电路版图基础集成电路版图基础晶体管版图设计晶体管版图设计 -双极：晶体管工作时，同时利用电子和空穴两种载流子，双极：晶体管工作时，同时利用电子和空穴两种载流子，好像存在两个电极，一个吸引电子，一个吸引空穴。好像存在两个电极，一个吸引电子，一个吸引空穴。CMOS器件仅仅利用一种载流子工作，所以被称为单极型器件仅仅利用一种载流子工作，所以被称为单极型器件。器件。基本基本IC单元版图设计单元版图设计 双极性晶体管双极性晶体管 双极型三极管双极型三极管有两种类型有两种类型:NPN型和型和PNP型。型。8.1 8.1 半导体三极管半导体三极管.1.1 .1.1 三极管的结构三极管的结构NNPbce集
2、电极发射极基极集电区基区发射区集电结发射结NPN图 NPN型三极管结构和符号基极发射区PNP图 PNP型三极管结构和符号NPbce集电极发射极集电区基区集电结发射结P三极管处于放大状态的工作条件三极管处于放大状态的工作条件内部条件：制作工艺特点内部条件：制作工艺特点外部条件：发射结正偏外部条件：发射结正偏(利于多子扩散运动利于多子扩散运动)，集电结反偏（，集电结反偏（利于少子利于少子漂移运动漂移运动）电位电位关系关系对NPN型：VC VB VE.1.2 .1.2 三极管的电流放大作用三极管的电流放大作用BICIBRCRCCUBBU三极管内部三极管内部载流子的传输过程载流子的传输过程(以以NPN
3、共射极电路为例共射极电路为例)发射区发射区(大量电子大量电子)基区基区集电区集电区扩散漂移复合BICIEI发射结正偏集电结正偏说明：说明：发射区大量电子在发射结的扩散运动形成IE，在基区的与空穴的复合，形成基极电流IB，电子在集电结的漂移形成IC。三极管中电流的形成主要是发射区电子的运动形成，当然在三极管中还有其他载流子的漂移和扩散，由于形成电流很小，几乎可以忽略不计。BICIBRCRCCUBBUEINPN输入回路输出回路三极管的三极管的 流分配关系流分配关系三极管各极的电流分配关系为三极管各极的电流分配关系为:基极电流基极电流IB增大时增大时,集电极电流集电极电流IC也随之增大。也随之增大。
4、当当IB有微小变化时，有微小变化时，IC即有较大的变化。即有较大的变化。BCEIII三极管的直流放大系数BCII三极管的交流放大系数BCIIBBEBBCIIIIII）或（，或11在工程计算时在工程计算时可认为：可认为：三极管制作工艺的的特点：三极管制作工艺的的特点：-保证三极管具有放大作用的内部条件。保证三极管具有放大作用的内部条件。发射区的掺杂浓度比基区和集电区高得多发射区的掺杂浓度比基区和集电区高得多基区很薄且掺杂浓度底基区很薄且掺杂浓度底集电极结面积大集电极结面积大ec管芯结构剖面图NPNbNPN型型n双极性晶体管工艺：横向工艺和纵向工艺 横向工艺：横向NPN版图迫使P区变大，因为需要满
5、足接 触需要，这就降低你开关的速度。EBCNNP9 -FET中栅长中栅长L决定了器件的速度，而决定了器件的速度，而bipolar的速度由的速度由p区区宽度决定。宽度决定。FET的的L取决于工艺水平，而取决于工艺水平，而bipolar可以用一个少量的、可以用一个少量的、快速的注入形成一个非常薄的快速的注入形成一个非常薄的p层，制备此注入层比制备很短层，制备此注入层比制备很短的栅条容易得多。的栅条容易得多。纵向工艺：纵向工艺：-采用纵向器件工艺技术可以更加精确地制备采用纵向器件工艺技术可以更加精确地制备bipolar，基，基区可以比横向工艺制备的小很多，相应的，区可以比横向工艺制备的小很多，相应的
6、，bipolar的开关速的开关速度比度比FET更快了。更快了。基本基本IC单元版图设计单元版图设计 双极性晶体管双极性晶体管10n纵向工艺：纵向工艺：-纵向纵向npn晶体管的基极和集电极连接似乎很困难，但是因晶体管的基极和集电极连接似乎很困难，但是因器件各层的水平长度并不影响器件的速度，扩展水平长度是解器件各层的水平长度并不影响器件的速度，扩展水平长度是解决问题的关键。决问题的关键。-基区基区/发射区结的制备要比基区发射区结的制备要比基区/集电区结的制备重要的多，集电区结的制备重要的多，所以要使器件颠倒过来，最后制备发射区，因为先制备的层比所以要使器件颠倒过来，最后制备发射区，因为先制备的层比
7、后制备的层要承受更多的扩散过程和应力作用。后制备的层要承受更多的扩散过程和应力作用。基本基本IC单元版图设计单元版图设计 双极性晶体管双极性晶体管基本基本IC单元版图设计单元版图设计 双极性晶体管双极性晶体管外延生长外延生长-硅片退火硅片退火构建构建N区域区域-集电极集电极 N型型-注入区注入区与埋层相连与埋层相连制备基区制备基区基本基本IC单元版图设计单元版图设计 双极性晶体管双极性晶体管制备发射区制备发射区EEBBCCCBEEE17nnpn bipolar 寄生效应：寄生效应：-在所有的寄生参数中，最突出的是基区电阻和集电区电容，这些在所有的寄生参数中，最突出的是基区电阻和集电区电容，这些寄生参数将会降低器件的性能。寄生参数将会降低器件的性能。nBICMOS工艺兼容双极型器件和工艺兼容双极型器件和CMOS器件的工艺。器件的工艺。基本基本IC单元版图设计单元版图设计 双极性晶体管双极性晶体管
