1、集成電路發(fā)展水平的標志集成電路發(fā)展水平的標志u IC加工工藝的特征尺寸特征尺寸指MOS晶體管的最小柵長或最小金屬線寬u集成度單塊芯片上所容納的元件數(shù)目，集成度越高，所容納的元件數(shù)目越多。摩爾定律（摩爾定律（Moores Law） 摩爾在1965年的文章中指出，芯片中的晶體管和電阻器的數(shù)量每年會翻番，原因是工程師可以不斷縮小晶體管的體積。這就意味著，半導(dǎo)體的性能與容量將以指數(shù)級增長，并且這種增長趨勢將繼續(xù)延續(xù)下去。1975年，摩爾又修正了摩爾定律，他認為，每隔24個月，晶體管的數(shù)量將翻番。摩爾定律（摩爾定律（Moores Law） 摩爾在1965年的文章中指出，芯片中的晶體管和電阻器的數(shù)量每年會

2、翻番，原因是工程師可以不斷縮小晶體管的體積。這就意味著，半導(dǎo)體的性能與容量將以指數(shù)級增長，并且這種增長趨勢將繼續(xù)延續(xù)下去。1975年，摩爾又修正了摩爾定律，他認為，每隔24個月，晶體管的數(shù)量將翻番。集成電路材料材料按導(dǎo)電性能：導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體對電氣系統(tǒng)：導(dǎo)體、絕緣體對集成電路：導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體相對其他系統(tǒng)，半導(dǎo)體材料在集成電路中起著根本性的作用：u 集成電路制作在半導(dǎo)體襯底材料上u 集成電路基本元件依據(jù)半導(dǎo)體的特性構(gòu)成1.1.3 絕緣材料u SiO2 、SiON和Si3N4是 IC 系統(tǒng)中常用的幾種絕緣材料 u 作用： a：實現(xiàn)器件、導(dǎo)線之間的電隔離 b：充當離子注入及熱擴散的阻擋層

3、c：作為器件表面的鈍化層，保護器件不受外界影響在IC的材料系統(tǒng)中，絕緣體起著不可或缺的作用。在制作IC時，必須同時制作器件之間、有源層級導(dǎo)線層之間的絕緣層，以實現(xiàn)它們之間的電隔離。在MOS器件中，柵極與溝道之間的絕緣層更是必不可少。u 金屬材料的功能： (1) 構(gòu)成元器件之間的互連 (2) 構(gòu)成傳輸線(微帶線和共面波導(dǎo))的導(dǎo)體結(jié)構(gòu) (3) 構(gòu)成與外界焊接用的焊盤構(gòu)成低值電阻 (4) 構(gòu)成電容元件的極板 (5) 構(gòu)成電感元件的繞線 (6) 與輕摻雜半導(dǎo)體構(gòu)成肖特基結(jié)接觸 (7)與重摻雜半導(dǎo)體構(gòu)成半導(dǎo)體器件的電極的歐姆接觸u 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

4、肖特基型接觸或歐姆接觸u IC工藝的多層布線工藝 VLSI至少采用兩層金屬布線。第一層金屬主要用于器件各個極的器件各個極的接觸點及器件間的部分連線接觸點及器件間的部分連線，這層金屬通常較薄，較窄，間距較小。第二層主要用于器件間及器件與焊盤間的互聯(lián)器件間及器件與焊盤間的互聯(lián)，并形成傳輸線。寄生電容大部分由兩層金屬及其間的隔離層形成。 Si Si Si Sip+多多余余電電子子磷原子磷原子在常溫下即可在常溫下即可變?yōu)樽杂呻娮幼優(yōu)樽杂呻娮邮ヒ粋€失去一個電子變?yōu)殡娮幼優(yōu)檎x子正離子動畫動畫 Si Si Si SiB硼原子硼原子空穴空穴動畫動畫 MOS晶體管基本結(jié)構(gòu) MOS（金屬（金屬-氧化物氧化物-

5、半導(dǎo)體）場效應(yīng)晶體管半導(dǎo)體）場效應(yīng)晶體管，簡稱為MOS管管，其核心結(jié)構(gòu)是由導(dǎo)體、絕緣體與構(gòu)成管子襯底的摻雜半導(dǎo)體這三層材料三層材料疊在一起形成的三明治結(jié)構(gòu)三明治結(jié)構(gòu) 這一結(jié)構(gòu)的基本作用基本作用是：在半導(dǎo)體的表面感應(yīng)出與原摻雜類型相反的載流子，形成一條導(dǎo)電溝道。 根據(jù)形成導(dǎo)電溝道的載流子的類型，MOS管被分為NMOS和和PMOS。MOS管的正常導(dǎo)電的三個區(qū)域:截止區(qū)截止區(qū)： Ids 0，判據(jù)： 22dsdsTgsNVVVVKIDSTgsds0VVV線性區(qū)線性區(qū)：飽和區(qū)飽和區(qū)：判據(jù)：2TgsN2VVKIDS0TgsdsVVV判據(jù)：0TgsVVn 光刻步驟 光刻步驟主要有：1. 涂光刻膠；2. 曝光

6、；3.顯影；4.腐蝕；n 曝光方式 1. 接觸式曝光；2. 接近式曝光；3.投影式曝光；SiO2的主要應(yīng)用： 柵氧化層：精度控制在幾個百分點內(nèi) 離子注入保護層： 場氧：場氧上走互聯(lián)線摻雜的目的是以形成特定導(dǎo)電能力的材料區(qū)域,包括N型或P型半導(dǎo)體層和絕緣層，是制作各種半導(dǎo)體器件的基本工藝。n 摻雜的目的：n 摻雜的方法： 熱擴散摻雜 離子注入法n CMOS工藝下器件之間的隔離方法： 場氧隔離 淺槽隔離n CMOS工藝下器件之間的隔離方法： 將兩次MASK步驟合為一次。讓D，S和G三個區(qū)域一次成形。這種方法被稱為自對準技術(shù)。由于N阱阱CMOS中中NMOS管直管直接在接在P型硅襯底上制作型硅襯底上制

7、作，有利于發(fā)揮NMOS器件高速的特點，因此成為常用工常用工藝藝 。NMOS的掩膜和典型工藝流程的掩膜和典型工藝流程MOSFET工作的三個區(qū)：截止區(qū)：VgsVth，Vgs-VthVth，Vgs-VthVds判定條件：電流大?。猴柡蛥^(qū)：2,max1()2DnoxGSTHWICVVL線性區(qū)：21()2DnoxGSTHDSDSWICVVVVLu MOSFET的體效應(yīng)：的體效應(yīng)：當源襯電壓不為零時，閾值電壓會相應(yīng)變化，這種效應(yīng)叫襯底偏置效應(yīng)，也叫體效應(yīng)。溝道長度調(diào)制：溝道長度調(diào)制： 簡化的MOS原理中，認為飽和后，電流不再增加。事實上，飽和區(qū)中，當Vds增加時，Ids仍然增加的。這是因為溝道兩端的耗盡區(qū)

8、的寬度增加了，而反型層上的飽和電壓不變，溝道距離減小了，于是溝道中水平電場增強了，增加了電流。故器件的有效溝道長度為：L = L式中是漏極區(qū)的耗盡區(qū)的寬度，如右圖所示，且有：2SidsDsatVVqN 其中VdsVDsat是耗盡區(qū)上的電壓。如果襯底摻雜高，那么這種調(diào)制效應(yīng)就減小了。版圖版圖幾何設(shè)計規(guī)則幾何設(shè)計規(guī)則 集成電路的制造必然受到工藝技術(shù)水平的限制，受到器件物理參數(shù)的制約，為了保證器件正確工作和提高芯片的成品率，要求設(shè)計者在版圖設(shè)計時遵循一定的設(shè)計規(guī)則，這些設(shè)計規(guī)則直接由集成電路前道工藝廠家提供。設(shè)計規(guī)則（design rule）是版圖設(shè)計和工藝之間的接口。 設(shè)計規(guī)則主要包括各層的最小寬

9、度、層與層之間的最小間距等。 NMOS基本電流鏡基本電流鏡 NMOS基本電流鏡由兩個NMOS晶體管組成，如下圖所示。21()()OrW LIIW L基準電壓源基準電壓源理想的基準電壓源，要求它不僅有精確穩(wěn)定的電壓輸出值，而且具有低的溫度系數(shù)VT1VINVDDVOUTRL101101(/)2()(/)VLnoxDSLAg RrCW L IRr 小信號等效電路小信號等效電路各類運算放大器的優(yōu)缺點分析各類運算放大器的優(yōu)缺點分析環(huán)形振蕩器環(huán)形振蕩器 環(huán)形振蕩器也屬于張馳振蕩器。其最大的優(yōu)環(huán)形振蕩器也屬于張馳振蕩器。其最大的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，因而得到廣泛運用。點是結(jié)構(gòu)簡單，因而得到廣泛運用。 對于一個總直流相位偏移對于一個總直流相位偏移180度的度的n級反相放級反相放大器組成的環(huán)形振蕩器，環(huán)路振蕩周期為大器組成的環(huán)形振蕩器，環(huán)路振蕩周期為2nTd（Td為門延遲）。為門延遲）。RC網(wǎng)絡(luò)型環(huán)形壓控振蕩器原理圖網(wǎng)絡(luò)型環(huán)形壓控振蕩器原理圖 環(huán)形振蕩器振蕩頻率可以通過改變延遲單元環(huán)形振蕩器振蕩頻率可以通過改變延遲單元的參數(shù)加以控制，形成壓控振蕩器（的參數(shù)加以控制，形成壓控振蕩器（VCO）。）。 一種是延遲單元偏置電壓直接可控，一種是一種是延遲單元偏置電壓直接可控，一種是通