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集成电路中元器件的结构和寄生效应

内容:1 集成电路中npn管结构带来的寄生效应

1.1 典型pn结隔离结构中npn管带来的寄生效应

1.2 pn-介质混合隔离结构中npn管带来的寄生效应

1.3 介质隔离结构中npn管带来的寄生效应

2 集成电路中电阻结构带来的寄生效应

2.1 典型pn结隔离结构中电阻的结构特点

2.2 引入的寄生器件

2.3 电路中电阻的使用特点

2.4 集成电路中电阻结构引入的寄生电容

3 集成电路中典型倒相器引入的寄生效应

3.1 集成倒相器的构成及其寄生

3.2 去除有源寄生的措施


课程重点:本节主要介绍了常规集成电路制造中典型元件-基区扩散电阻制造带来的寄生效应,它在集成电路中的典型工艺剖面结构为三层二 结结构;典型器件npn管制造带来的寄生效应,它在集成电路中的典型工艺剖面结构为四层三结结构;典型倒相器制造带来的寄生效应,它应含有电阻制造带来的寄生和npn管制造带来的寄生。这些寄生均分为有源寄生效应和无源寄生效应,有源寄生效应影响集成电路的直流特性和瞬态特性,是极其有害的;而无源寄生仅影响电路的瞬态特性。本节重点是npn管制造带来的寄生效应,其有源寄生-寄生晶体管对集成电路性能带来的不良影响。介绍了如何从工艺上采取措施消除这种有源寄生的影响,所采取的工艺措施是在npn管集电区掺金(相当于在pnp管基区掺金)和在npn管集电区设置高浓度n型埋层(影响pnp管基区性质),它们的作用原理是:掺金的作用,使pnp管基区中高复合中心数增加,少数载流子在基区复合加剧,由于非平衡少数载流子不可能到达集电区从而使pnp管电流放大系数大大降低。埋层的作用有两个,其一,埋层的下反扩散导致pnp管基区宽度增加,非平衡少数载流子基区渡越时间增长,非平衡少数载流子在基区的复合率增大,从而使pnp管电流放大系数降低;其二,埋层的上反扩散导致pnp管基区掺杂浓度增大,基区方块电阻减小,由晶体管原理可知,这将导致发射效率下降从而使pnp管电流放大系数降低,综上所述,各作用的结果使寄生pnp管的电流放大系数降至0.01以下,则有源寄生转变为无源寄生,仅体现为势垒电容的性质。

课程难点:集成电阻制造.集成晶体管的制造.集成倒相器的制造在集成电路中实际带来的无源寄生-电容;有源寄生-晶体管均将参与电路工作。由集成电阻和集成晶体管在集成电路中可能工作状态的分析,集成晶体管结构将带来有源寄生,从而影响集成电路的直流工作性能。因此,需尽可能采取各种工艺措施来消除这种有源寄生的影响。

基本概念:

1 埋层的上反扩散-在工艺制造过程中的各高温条件下,在浓度梯度的作用下,高浓度的n型埋层向低浓度的n型外延层的扩散。

2埋层的下反扩散-在工艺制造过程中的各高温条件下,在浓度梯度的作用下,高浓度的n型埋层向低浓度的p型衬底的扩散。

3 典型集成电阻的三层二结结构-指p型扩散电阻区-n型外延层-p型衬底三层,以及三层之间的两个pn结这样的工艺结构。

4典型集成晶体管的四层三结结构--指npn管的高浓度n型扩散发射区-npn管的p型扩散基区-n型外延层(npn管的集电区)-p型衬底四层,以及四层之间的三个pn结这样的工艺结构。

5 有源寄生-存在寄生晶体管的现象,可为寄生pnp管(衬底参与构成的pnp管),也可为寄生npn管(多发射极输入晶体管各发射区与基区构成的npn管)。

6无源寄生-存在寄生元件的现象,可为寄生电容,也可为寄生电阻。

基本要求:了解集成电路制造中的特有工艺结构隔离岛和隔离墙的形成,知道隔离结构的存在会使集成元器件制造时带来寄生效应,而寄生效应分为产生有源寄生器件和产生无源寄生元件两种情况。当工艺条件或电性条件满足时,有源寄生可以转变为无源寄生。在三种隔离结构中,集成元器件的制造所引入的寄生效应种类不同,且强弱不同的分析,知道三种隔离结构寄生特点的区别。掌握在集成电路制造和使用中,如何去除集成元器件结构带入的有源寄生效应,使有源寄生变为无源寄生。了解集成电阻和集成npn管在集成电路中的电性等效结构和工艺剖面结构,进而了解由它们构成集成倒相器时,各自的寄生是如何影响倒相器的电性能的,知道如何去除集成倒相器制造中产生的有源寄生。



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