集成电路中的双极性和CMOS工艺

CMOS工艺器件结构CMOS（互补金属氧化物半导体）是一种集成电路制造工艺，结合了N型金属氧化物半导体场效应晶体管（NMOS）和P型金属氧化物半导体场效应晶体管（PMOS）。

CMOS技术在集成电路领域广泛应用，具有低功耗、高噪声抑制、低开关功耗等优点。

CMOS器件结构由NMOS和PMOS结合而成，形成了一个互补结构，实现了一种特殊的电压控制开关。

具体而言，CMOS由一个P型衬底组成，上面分别形成了NMOS和PMOS的结构。

NMOS晶体管是一种N型MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管），由一个N型沟道和控制杂质（如P型多晶硅）构成。

N型沟道充当电子载流子输送通道，其两侧分别有源（Source）和漏（Drain）接电极，控制杂质则用来控制电子的流动。

PMOS晶体管是一种P型MOSFET，由一个P型沟道和控制杂质（如N型多晶硅）构成。

P型沟道充当空穴载流子输送通道，其两侧同样有源和漏，控制杂质用来控制空穴的流动。

NMOS和PMOS之间通过一种特殊的结构连接在一起，形成了交叉结构。

这个结构由互补极性的两个晶体管共同组成，使得CMOS可以实现低功耗和高噪声抑制的特性。

CMOS的电路工作原理是基于两个晶体管的互补特性。

当输入电压为低电平时，NMOS晶体管导通，PMOS晶体管截止，形成低电平输出。

当输入电压为高电平时，NMOS晶体管截止，PMOS晶体管导通，形成高电平输出。

这样，在输入电压不同时可以实现不同的输出状态。

由于CMOS的特殊结构，CMOS电路具有很低的功耗。

在CMOS电路中，当NMOS和PMOS同时导通时，电压才会下降到最低电平，消耗最小电流。

另外，CMOS器件的静态功耗几乎为零，只有在切换状态时才会有功耗。

CMOS器件结构不仅适合数字电路应用，还可以应用于模拟电路。

通过增加外部电阻和电容，可以实现模拟电路的功能，如放大、滤波等。

总结起来，CMOS工艺器件结构是由互补的NMOS和PMOS组成的，具有低功耗、高噪声抑制的特性。

研究生课程报告题目CMOS制造工艺流程介绍学生姓名鲁力指导教师学院物理与电子学院专业班级电子1602班研究生院制2017年4月CMOS制造工艺流程介绍CMOS的制作过程需要经过一系列复杂的化学和物理操作过程最后形成具有特定功能的集成电路。

而做为一名集成电路专业的学生，如果对于半导体制造技术中具有代表性的CMOS制造工艺流程有个简单的了解，那么对将来进入集成电路行业是有很大帮助的。

同时我也认为只有了解了CMOS的工艺才会在硬件电路设计中考虑到设计对实际制造的影响。

通过查找相关资料，我发现CMOS制造工艺流程非常复杂，经过前面学者的简化主要由14个步骤组成，如下所示：（1）双阱工艺注入在硅片上生成N阱和P阱。

（2）浅槽隔离工艺隔离硅有源区。

（3）多晶硅栅结构工艺得到栅结构。

（4）轻掺杂(LDD)漏注入工艺形成源漏区的浅注入。

（5）侧墙的形成保护沟道。

（6）源漏(S/D)注入工艺形成的结深大于LDD的注入深度。

（7）接触(孔)形成工艺在所有硅的有源区形成金属接触。

（8）局部互连(LI)工艺。

（9）通孔1和钨塞1的形成（10）金属1(M1)互连的形成。

（11）通孔2和钨塞2的形成。

（12）金属2(M2)互连的形成。

（13）制作金属3直到制作压点及合金。

（14）工艺是参数测试，验证硅片上每一个管芯的可靠性。

由于这个CMOS制造工艺的流程太复杂，我主要对其中的部分重要工艺做一些介绍。

1、双阱注入工艺我们都知道n阱工艺是指在N阱CMOS工艺采用轻掺杂P型硅晶圆片作为衬底，在衬底上做出N阱，用于制作PMOS晶体管，而在P型硅衬底上制作NMOS晶体管；而p阱工艺是指在p阱CMOS工艺采用N型单晶硅作为衬底，在衬底上做出p阱，用于制作nMOS晶体管，而在n型硅衬底上制作pMOS晶体管。

如果要双阱注入在硅片上生成N阱和P阱。

那么只能N阱工艺和P阱工艺结合在双阱cmos工艺采用p型硅晶圆片作为衬底，在衬底上做出N阱，用于制作PMOS晶体管，在衬底上做出p阱，用于制作nMOS晶体管。

《半导体集成电路》考试题⽬及参考标准答案第⼀部分考试试题第0章绪论1.什么叫半导体集成电路？2.按照半导体集成电路的集成度来分，分为哪些类型，请同时写出它们对应的英⽂缩写？3.按照器件类型分，半导体集成电路分为哪⼏类？4.按电路功能或信号类型分，半导体集成电路分为哪⼏类？5.什么是特征尺⼨？它对集成电路⼯艺有何影响？6.名词解释：集成度、wafer size、die size、摩尔定律？第1章集成电路的基本制造⼯艺1.四层三结的结构的双极型晶体管中隐埋层的作⽤？2.在制作晶体管的时候，衬底材料电阻率的选取对器件有何影响？。

3.简单叙述⼀下pn结隔离的NPN晶体管的光刻步骤？4.简述硅栅p阱CMOS的光刻步骤？5.以p阱CMOS⼯艺为基础的BiCMOS的有哪些不⾜？6.以N阱CMOS⼯艺为基础的BiCMOS的有哪些优缺点？并请提出改进⽅法。

7. 请画出NPN晶体管的版图，并且标注各层掺杂区域类型。

8.请画出CMOS反相器的版图，并标注各层掺杂类型和输⼊输出端⼦。

第2章集成电路中的晶体管及其寄⽣效应1.简述集成双极晶体管的有源寄⽣效应在其各⼯作区能否忽略？。

2.什么是集成双极晶体管的⽆源寄⽣效应？3. 什么是MOS晶体管的有源寄⽣效应？4. 什么是MOS晶体管的闩锁效应，其对晶体管有什么影响?5. 消除“Latch-up”效应的⽅法？6.如何解决MOS器件的场区寄⽣MOSFET效应？7. 如何解决MOS器件中的寄⽣双极晶体管效应？第3章集成电路中的⽆源元件1.双极性集成电路中最常⽤的电阻器和MOS集成电路中常⽤的电阻都有哪些？2.集成电路中常⽤的电容有哪些。

3. 为什么基区薄层电阻需要修正。

4. 为什么新的⼯艺中要⽤铜布线取代铝布线。

5. 运⽤基区扩散电阻，设计⼀个⽅块电阻200欧，阻值为1K的电阻，已知耗散功率为20W/c㎡,该电阻上的压降为5V,设计此电阻。

第4章TTL电路1.名词解释电压传输特性开门/关门电平逻辑摆幅过渡区宽度输⼊短路电流输⼊漏电流静态功耗瞬态延迟时间瞬态存储时间瞬态上升时间瞬态下降时间瞬时导通时间2. 分析四管标准TTL 与⾮门（稳态时）各管的⼯作状态？3. 在四管标准与⾮门中，那个管⼦会对瞬态特性影响最⼤，并分析原因以及带来那些困难。

CMOS工艺双极型晶体管（Bipolar Junction Transistor，BJT）是一种用于电子设备的半导体器件。

它由三个掺有不同材料的半导体区域（P 型、N型和P型）组成，形成了一个PNP结或一个NPN结。

在PNP型BJT中，P型区域为基极（Base），N型区域为发射极（Emitter），P型区域为集电极（Collector）。

在NPN型BJT中，N型区域为基极，P型区域为发射极，N型区域为集电极。

当一个电压被施加到BJT的基极时，它将导致一个电流在基极和发射极之间流动，这个电流被称为基极电流（IB）。

这个电流将激活BJT 中的载流子，使其在发射极和集电极之间流动。

BJT的放大效应是通过调节基极电流来实现的。

当增加IB时，BJT的输出电流（IC）也会增加。

因此，BJT可以被用作放大器或开关。

CMOS工艺指的是一种集成电路制造技术，其中使用的是互补金属-氧化物半导体（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS）技术。

在CMOS工艺中，BJT是由P型和N型晶体管构成的，而不是单个P型或N型区域。

这种结构被称为CMOS BJT。

CMOS BJT具有较低的功耗和噪声，并且在高速应用中具有较好的性能。

它们通常用于模拟电路和RF电路中，如放大器、混频器、振荡
器等。

cmos 工艺
CMOS工艺是一种集成电路的制造工艺。

它使用双极型（CMOS）晶体管，将晶体管、继电器和绝缘体以一种工艺加以封装，制成集成电路。

与其他工艺（通常使用nMOS技术）相比，CMOS工艺能够实现更高的逻辑密度、更低的功耗和更少的电容成本。

CMOS工艺往往分为三个步骤：半导体处理、封装和测试。

在半导体处理阶段，CMOS工艺会将双极晶体管和其他元件进行分层和排列，以形成完整的晶体管结构。

在封装阶段，CMOS工艺将已经分层的晶体管和其他元件封装到一个封装中。

最后，在测试阶段，CMOS工艺会检测集成电路的性能以确保其功能正常。

CMOS工艺能够实现芯片设计的高逻辑密度，更低的功耗和更少的电容成本。

它还能够提高芯片的信号完整性、可靠性和可配置性。

此外，它还可以使得芯片尺寸更小、功耗更低，从而更轻松地实现高速处理性能。

半导体工艺 cmos
CMOS，全称为Complementary Metal Oxide Semiconductor，即互补金属氧化物半导体，是一种在集成电路芯片研发设计当中得到了极为普遍的实际运用的技术，或是用这种技术制造出来的芯片。

它是电脑主板上的一块可读写的RAM芯片，用来保存BIOS设置完电脑硬件参数后的数据。

电压控制的一种放大器件，是组成CMOS数字集成电路的基本单元。

在CMOS工艺中，实现了对PMOS器件以及NMOS器件的综合运用，将两种器件同时制作在同一晶片（衬底）上从而形成了CMOS集成电路。

其中，NMOS器件制作在p型衬底上，在内部加入重掺杂的n区形成了源极与漏极。

栅极的制作是在重掺杂的多晶硅区，通过使用一层薄SiOz从而达到栅与衬底分离的目的。

现代CMOS工艺包括200多道工序，其中多数都要求“热处理”，即晶片必须在炉中经历热循环。

这些工序包括生产适当类型衬底的晶片制造工艺、准确定位每个区域的光刻工艺、向晶片中添加材料的氧化、淀积和离子注入以及从晶片上去除材料的刻蚀工艺等。

TTL与CMOS数字集成电路数字集成电路是将元器件和连线集成于同一半导体芯片上而制成的数字逻辑电路或系统。

就制造工艺来说，当前使用最普遍的是TTL 和CMOS数字集成电路。

一、TTL集成电路是晶体管-晶体管逻辑集成电路（Transistor-Transistor Logic)的简称，采用双极型工艺制造，双极型数字集成电路，具有高速度和品种多等特点。

主要有54/74系列标准TTL、高速型TTL（H-TTL）、低功耗型TTL（L-TTL）、肖特基型TTL（S-TTL）、低功耗肖特基型TTL（LS-TTL）五等几个系列。

从上世纪六十年代开发成功第一代产品以来，现在已经有以下几代产品：第一代TTL包括SN54/74系列，其中54系列工作温度为-55℃～+125℃，74系列工作温度为0℃～+75℃ ，低功耗系列简称LTTL，高速系列简称HTTL。

第二代TTL包括肖特基箝位系列（STTL)和低功耗肖特基系列（LSTTL）。

第三代为采用等平面工艺制造的先进的STTL(ASTTL)和先进的低功耗STTL（ALSTTL）。

由于LSTTL和ALSTTL的电路延时功耗积较小，STTL和ASTTL速度很快，因此获得了广泛的应用。

TTL电路使用TTL管，也就是PN结。

功耗较大，驱动能力强，一般工作电压+5V。

TTL逻辑电平信号规定，+5V等价于逻辑“1”，0V等价于逻辑“0”(采用二进制来表示数据时)。

数字电路中，由TTL电子元器件组成电路分析时使用电平这一概念。

电平是个电压范围，规定输出高电平>2.4V,输出低电平<0.4V。

在室温下，一般输出高电平是3.5V，输出低电平是0.2V。

最小输入高电平和低电平：输入高电平>=2.0V，输入低电平<=0.8V，噪声容限是0.4V。

实际情况下电平对应电压：1.标准TTL输入高电平问最小2V，输出高电平最小2.4V,典型值3.4V,输入低电平最大答0.8V，输出低电平最大0.4V，典型值0.2V。

cmos工艺的基本流程CMOS工艺的基本流程CMOS工艺是一种常用的半导体工艺，用于制造集成电路。

它是一种复杂而精密的过程，包括多个步骤和层次。

本文将介绍CMOS工艺的基本流程，以帮助读者了解这一技术的原理和应用。

1. 设计和掩膜制备CMOS工艺的第一步是进行芯片设计和掩膜制备。

在设计阶段，设计师使用计算机辅助设计（CAD）工具创建电路图，并确定电路的功能和布局。

然后，根据设计图纸制备掩膜，这些掩膜将用于后续步骤中的光刻过程。

2. 衬底制备接下来是衬底制备步骤。

通常情况下，使用硅衬底作为基板。

在衬底上进行清洁和氧化处理，以去除杂质并形成一层薄的二氧化硅（SiO2）层。

3. 晶圆生长在衬底上生长一层单晶硅，这是CMOS工艺中的关键步骤之一。

单晶硅的生长过程通常使用化学气相沉积（CVD）技术。

通过控制温度和气体浓度，可以获得高质量的单晶硅层。

4. 掺杂和扩散接下来是掺杂和扩散步骤，用于改变硅片的电学特性和形成导电区域。

通过在特定区域注入掺杂物，如磷、硼等，可以改变硅片的导电性。

然后，通过高温处理使掺杂物扩散到硅片中，形成导电区域和控制区域。

5. 介电层制备在CMOS工艺中，需要制备多层介电层来隔离不同的导电区域和层次。

介电层通常使用化学气相沉积（CVD）或物理气相沉积（PVD）技术制备。

这些层可以提供电气隔离和机械支撑。

6. 金属化和金属填充在完成介电层制备后，需要进行金属化和金属填充。

金属化是指在介电层上制备金属导线，用于连接不同的电路元件。

金属填充是填充金属材料到刻槽中，以减少电阻和提高电路性能。

7. 后处理和封装进行后处理和封装步骤。

在这一阶段，对芯片进行清洁和测试，以确保其质量和性能。

然后，将芯片封装在适当的封装中，以保护芯片并便于使用和安装。

总结：CMOS工艺的基本流程包括设计和掩膜制备、衬底制备、晶圆生长、掺杂和扩散、介电层制备、金属化和金属填充、后处理和封装等步骤。

通过这些步骤，可以制造出高性能、高可靠性的集成电路。

1、描述集成电路工艺技术水平的五个技术指标及其物理含义⑴集成度(Integration Level)：以一个IC芯片所包含的元件(晶体管或门/数)来衡量，（包括有源和无源元件）。

⑵特征尺寸(Feature Size) /（Critical Dimension）：特征尺寸定义为器件中最小线条宽度(对MOS器件而言，通常指器件栅电极所决定的沟道几何长度)，也可定义为最小线条宽度与线条间距之和的一半。

⑶晶片直径(Wafer Diameter)：当前的主流晶圆的尺寸为12吋(300mm)，正在向18吋(450mm)晶圆迈进。

⑷芯片面积(Chip Area)：随着集成度的提高，每芯片所包含的晶体管数不断增多，平均芯片面积也随之增大。

⑸封装（Package）：指把硅片上的电路管脚，用导线接引到外部接头处，以便于其它器件连接。

封装形式是指安装半导体集成电路芯片用的外壳。

2、简述集成电路发展的摩尔定律。

集成电路芯片的集成度每三年提高4倍，而加工特征尺寸缩小2倍，这就是摩尔定律。

当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍3、集成电路常用的材料有哪些集成电路中常用的材料有三类：半导体材料，如Si、Ge、GaAs 以及InP 等；绝缘体材料，如SiO2、SiON 和Si3N4 等；金属材料，如铝、金、钨以及铜等。

/4、集成电路按工艺器件类型和结构形式分为哪几类，各有什么特点。

双极集成电路：主要由双极晶体管构成（NPN型双极集成电路、PNP型双极集成电路）。

优点是速度高、驱动能力强，缺点是功耗较大、集成度较低。

CMOS集成电路：主要由NMOS、PMOS构成CMOS电路，功耗低、集成度高，随着特征尺寸的缩小，速度也可以很高。

BiCMOS集成电路：同时包括双极和CMOS晶体管的集成电路为BiCMOS集成电路，综合了双极和CMOS器件两者的优点，但制作工艺复杂。

5、解释基本概念: 微电子、集成电路、集成度、场区、有源区、阱、外延微电子：微电子技术是随着集成电路，尤其是超大型规模集成电路而发展起来的一门新的技术。

TTL集成电路与CMOS集成电路的性能与特点TTL集成电路与CMOS集成电路的性能和特点TTL集成电路使用TTL管，也就是PN结。

功耗较大，驱动能力强，一般工作电压+5VCMOS集成电路使用MOS管，功耗小，工作电压范围很大，一般速度也低，但是技术在改进，这已经不是问题。

就TTL与CMOS电平来讲，前者属于双极型数字集成电路，其输入端与输出端均为三极管，因此它的阀值电压是<0.2V为输出低电平；>3.4V为输出高电平。

而CMOS电平就不同了，他的阀值电压比TTL电平大很多。

而串口的传输电压都是以COMS电压传输的。

1、TTL电平：输出高电平>2.4V,输出低电平<0.4V。

在室温下，一般输出高电平是3.5V，输出低电平是0.2V。

最小输入高电平和低电平：输入高电平>=2.0V，输入低电平<=0.8V，噪声容限是0.4V。

2、CMOS电平：1逻辑电平电压接近于电源电压，0逻辑电平接近于0V。

而且具有很宽的噪声容限。

3、电平转换电路：因为TTL和COMS的高低电平的值不一样（ttl 5v<＝＝>cmos 3.3v），所以互相连接时需要电平的转换：就是用两个电阻对电平分压，没有什么高深的东西。

4、OC门，即集电极开路门电路，OD门，即漏极开路门电路，必须外界上拉电阻和电源才能将开关电平作为高低电平用。

否则它一般只作为开关大电压和大电流负载，所以又叫做驱动门电路。

5、TTL和COMS电路比较：1）TTL电路是电流控制器件，而coms电路是电压控制器件。

2）TTL电路的速度快，传输延迟时间短(5-10ns)，但是功耗大。

COMS电路的速度慢，传输延迟时间长(25-50ns),但功耗低。

COMS电路本身的功耗与输入信号的脉冲频率有关，频率越高，芯片集越热，这是正常现象。

3）COMS电路的锁定效应：COMS电路由于输入太大的电流，内部的电流急剧增大，除非切断电源，电流一直在增大。

芯片的工艺分类1. BJT工艺BJT（双极型晶体管）工艺是指在芯片制造过程中使用的双极型晶体管技术。

该工艺主要用于制造模拟电路芯片和一些低功耗数字电路芯片。

BJT工艺的特点是制造工艺相对简单，成本较低，但功耗较高。

2. CMOS工艺CMOS（互补金属氧化物半导体）工艺是目前最常用的芯片制造工艺。

CMOS工艺利用N型和P型金属氧化物半导体场效应晶体管（NMOS和PMOS）技术，制造出的芯片功耗低、速度快、噪音小。

CMOS工艺广泛应用于数字电路芯片、微处理器和存储芯片等领域。

3. BiCMOS工艺BiCMOS（双极型CMOS）工艺是BJT和CMOS工艺的结合。

它将BJT和CMOS技术相结合，制造出的芯片既具有CMOS工艺的低功耗和高速度的优点，又具备BJT工艺的高增益和高线性度。

BiCMOS工艺适用于高速、高性能的模拟-数字混合电路芯片制造。

4. GaAs工艺GaAs（砷化镓）工艺是一种利用砷化镓半导体材料制造芯片的工艺。

相比于硅材料，砷化镓具有更高的电子迁移率和更好的高频性能。

因此，GaAs工艺常用于制造高频、射频和微波集成电路芯片，如无线通信、雷达和卫星通信等领域。

5. SiGe工艺SiGe（硅锗）工艺是一种利用硅和锗混合材料制造芯片的工艺。

SiGe材料具有较高的迁移率和较低的噪声性能，可以在微波和毫米波频段实现高性能的射频和混频电路。

SiGe工艺常用于制造无线通信、雷达和高速数据通信等领域的芯片。

6. SOI工艺SOI（绝缘体上硅）工艺是一种在绝缘层上制造硅芯片的工艺。

SOI 工艺可以减少芯片之间的串扰和噪音，提高芯片的抗辐射能力和工作稳定性。

SOI工艺适用于制造高性能的低功耗数字芯片、模拟-数字混合芯片和微处理器等。

以上是几种常见的芯片工艺分类。

每种工艺都有自己的特点和适用领域，根据不同的需求可以选择合适的工艺来制造芯片。

随着科技的不断发展和创新，芯片工艺也在不断演进，未来可能会涌现出更多新的工艺分类。

mosfet工艺种类MOSFET工艺种类MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）是现代电子设备中最常用的晶体管之一。

它具有高度集成、低功耗和高速度等优势，被广泛应用于数字和模拟电路中。

不同的MOSFET工艺种类在制造过程和性能特点上存在差异。

本文将介绍几种常见的MOSFET工艺种类及其特点。

1. NMOS工艺：NMOS（N型MOS）工艺是最早应用的MOSFET工艺之一。

它采用N型半导体材料作为沟道，通过控制栅极电压来控制电流的流动。

NMOS工艺具有制造过程简单、速度快、功耗低的优势，但需要负偏压驱动，导致功耗偏高，适用于低功耗和高速度的应用。

2. PMOS工艺：PMOS（P型MOS）工艺和NMOS工艺相反，采用P型半导体材料作为沟道。

PMOS工艺具有与NMOS相反的特点，如制造过程简单、速度快、功耗低等。

然而，PMOS工艺需要正偏压驱动，使其在功耗方面相对较高。

因此，PMOS工艺适用于负责低功耗要求的应用。

3. CMOS工艺：CMOS（互补金属-氧化物-半导体）工艺是目前最常用的MOSFET工艺之一。

它结合了NMOS和PMOS的优点，具有低功耗、高集成度和高可靠性等优势。

CMOS工艺使用N型和P型半导体材料来制造互补的MOSFET，通过控制两个MOSFET的开关状态来实现电流的流动。

CMOS工艺适用于各种应用领域，包括集成电路、微处理器和数字信号处理器等。

4. BiCMOS工艺：BiCMOS（双极性互补金属-氧化物-半导体）工艺是CMOS和双极晶体管（BJT）技术的结合，具有高度集成、高速度和低功耗等优点。

BiCMOS工艺在集成电路中同时使用CMOS 和BJT，以实现更高的功能集成度和性能。

BiCMOS工艺适用于需要高速和高集成度的应用，如通信和数据处理。

5. SOI工艺：SOI（绝缘体-硅）工艺是在硅衬底上形成一层绝缘层，然后在其上制造晶体管的一种工艺。

SOI工艺具有低耗散功率、高速度和抗辐射等优势。