半导体制造工艺之BiCMOS技术

目前为止,在日常生活中使用的每一个电气和电子设备中,都是由利用半导体器件制造工艺制造的集成电路组成。电子电路是在由纯半导体材料(例如硅和其他半导体化合物)组成的晶片上创建的,其中包括光刻和化学工艺的多个步骤。

半导体制造过程于1960年代初期从美国德克萨斯州开始,然后扩展到世界各地。如今半导体制造工艺多种多样,已经在电子电路中扮演着无可撼动的地位。本文主要介绍其中的一种制造工艺——BiCMOS技术。

关于BiCMOS技术

BiCMOS是主要的半导体技术之一,也是一项高度发达的技术,在1990年代将两种独立的技术(双极结型晶体管和CMOS晶体管)集成在一个现代集成电路中,当今在电子电路中已经被广泛的运用。

如上图所示,它是第一款模拟/数字接收器IC,是一款具有非常高灵敏度的BiCMOS集成接收器。

关于CMOS技术

上图显示了CMOS技术在制造数控开关器件中的应用。

关于BJT双极晶体管技术

BJT双极晶体管是集成电路的一部分,它们的操作基于两种类型的半导体材料或取决于两种类型的电荷载流子空穴和电子。这些通常分为PNP和NPN两种类型,根据其三个端子的掺杂及其极性进行分类,它提供了高开关以及具有良好噪声性能的输入/输出速度。

该图显示了双极晶技术在RISC处理器AM2901CPC中的应用。

BiCMOS制造工艺流程

BiCMOS的制造结合了BJT和CMOS的制造工艺,但只是形式上面的变种。下面简单介绍下BiCMOS的制造工艺流程。

1、如下图所示选P-Substrate(基板):

2、在P-substrate上覆盖氧化层:

3、在氧化层上做一个小开口,如下图所示:

4、通过开口重掺杂N型杂质:

5、P-外延层在整个表面上覆盖:

6、接下来,整个表面层再次被氧化层覆盖,并通过该氧化层制作两个开口:

7、从穿过氧化层的开口中扩散N型杂质,形成N阱:

8、在氧化层上打三个开孔,形成三个有源器件:

9、用Thinox和Polysilicon覆盖并图案化整个表面,形成NMOS和PMOS的栅极端子:

10、加入P-杂质,形成BJT的基极端子,类似地,N型杂质被重掺杂以形成BJT的发射极端子、NMOS的源极和漏极,并且为了接触目的,N型掺杂到N阱集电极中:

11、形成PMOS的源漏区,并在P基区进行接触,重掺杂P型杂质:

12、接下来整个表面被厚厚的氧化层覆盖:

13、通过厚氧化层对切口进行图案化以形成金属触点:

14、通过氧化层上的切口制作金属触点,端子命名如下图所示:

以上就是BICMOS的制造工艺流程,不难看出,它结合了NMOS、PMOS和BJT。在制造过程中使用了一些层,例如沟道停止注入、厚层氧化和保护环。

从理论上讲,要同时包含CMOS和双极晶技术,制造过程是困难的。因为在处理P阱和N阱CMOS时,无意中产生寄生双极晶体管是比较棘手的问题。另外,对于BiCMOS的制造,增加了许多额外的步骤来微调双极和CMOS组件,所以总制造成本也增加了。

如上图所示,通过注入或扩散或其他方法在半导体器件中注入沟道截断层,以限制沟道面积的扩展或避免寄生沟道的形成。而且高阻抗节点(如果有的话)可能会导致表面泄漏电流,为了避免电流在限制电流流动的地方流动,使用了一些保护环。

BICMOS技术主要优势

通过使用高阻抗CMOS电路作为输入来促进和改进模拟放大器的设计,其余的则通过使用双极晶体管来实现。

BiCMOS本质上对温度和工艺变化有很大的影响,提供了良好的经济考虑(主要单元的百分比高),而电气参数的变化较小。

BiCMOS器件可根据要求提供高负载电流吸收和输出。

它比单独的双极技术具有低功耗。

该技术在模拟电源管理电路和放大器电路(如BiCMOS放大器)中得到了广泛应用。

非常适合输入/输出密集型应用,提供灵活的输入/输出(TTL、CMOS和ECL)。

与单独的CMOS技术相比,它具有提高速度性能的优势。

具有双向能力(源极和漏极可以根据需要互换)。

BICMOS技术主要缺点

该技术的制造过程由CMOS和双极技术组成,增加了复杂性。

由于制造过程的复杂性增加,制造成本也增加。

因为有更多的器件,所以光刻更少。

BICMOS技术主要应用

可以被分析为高密度和高速度的函数。

该技术被用作当前市场上双极、ECL和CMOS替代技术。

在某些应用中(功率预算有限),BiCMOS速度性能优于双极。

非常适合密集型输入/输出应用。

BiCMOS的应用最初是在RISC微处理器中,而不是传统的CISC微处理器。

该技术在应用方面表现出色,主要在微处理器的两个领域,例如内存和输入/输出。

在模拟和数字系统中有许多应用,从而使单芯片跨越了模拟-数字边界。

可用于采样和保持应用,因为它提供高阻抗输入。

用于加法器、混频器、ADC和DAC等应用。

为了克服双极和CMOS运算放大器的局限性,BiCMOS工艺用于设计运算放大器。在运算放大器中,需要高增益和高频特性。通过使用这些BiCMOS放大器,可以获得所有这些所需的特性。

总结

BiCMOS是一种复杂的处理技术,将NMOS和PMOS技术相互融合,具有极低功耗的双极技术和比CMOS技术高的速度。此外,MOSFET提供高输入阻抗逻辑门,双极晶体管提供高电流增益。

THE END
1.纳米CMOS技术课件PPT.ppt纳米CMOS技术课件PPT.ppt,在Si衬底上外延生长应变型SiGe层,可以实现Si和SiGe中应力的调整,从而使二者达到最佳的匹配。 如果使Si中呈现为张应力, SiGe中呈现为压应力,就能使电子迁移率和空穴迁移率分别得到增强。而且由于导电载流子的运动被限制在异质结附近的量子阱内,https://max.book118.com/html/2019/0830/8123014031002045.shtm
2.CMOS相机技术与应用产业园支持下,采用“政研企”三方共建的方式设立的专业化特色产业园。园区专业从事CMOS相机技术与应用领域的孵化与投资工作,提供技术支持、导师辅导、投融资等专业化链条式服务。 查看更多 园区资讯 园区新闻 活动预告 申报通知 政策信息 招商入驻 招商范围 政策支持 ...http://www.ciomp-cip.com/
3.核心技术思特威专注CMOS图像传感器的创新与研发思特威(上海)电子科技股份有限公司(SmartSens Technology)是一家从事CMOS图像传感器芯片产品研发、设计及服务的高新技术企业。思特威以创新为驱动,专注于为客户提供面向未来和全球领先的CMOS图像传感器芯片产品。凭借一支精于创新、覆盖全球的研发团队,思特威自主研https://www.smartsenstech.com/Technology
4.索尼推出CMOS新技术计划2025全球份额达到60%一直以来,索尼在智能手机图像传感器领域拥有着绝对领先的实力,日常我们所使用的智能手机基本也都采用了索尼的CMOS。 但自2020年以来,索尼CMOS客户开始出现流失,从2019年最高点的53%下滑至2021年的43%,索尼相关业务受到了不小的冲击和影响。 为此,索尼半导体解决方案在近期对外公布了其研发的全新技术“Octa PD”。据索...https://www.gamersky.com/tech/202206/1493514.shtml
1.CMOS技术:引领智能时代的核心驱动力CMOS技术,即互补金属氧化物半导体技术,是一种在集成电路制造中广泛应用的工艺。它的特点在于功耗低、集成度高和制造工艺成熟。随着科技的发展,CMOS技术在集成电路制造中的地位日益重要。具体来说,它能够实现高性能、低功耗的集成电路设计,为现代电子设备提供了强大的技术支持。 https://blog.csdn.net/JiYan_blue/article/details/142049071
2.晶圆科普(二)CMOS工艺概念发展优势介绍,你Get到了吗?晶圆科普|(二)CMOS 工艺技术的概念、发展历程、优势介绍,你Get到了吗? 工艺定义 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor, 互补金属氧化物半导体)工艺技术是当今集成电路制造的主流技术,99% 的 IC 芯片,包括大多数数字、模拟和混合信号IC,都是使用 CMOS 技术制造的。 https://maimai.cn/article/detail?fid=1845078937&efid=fzRmheKjisXa2uuKpMhjhw
3.CMOS技术学术百科提供全面的“CMOS技术”相关文献(论文)下载,论文摘要免费查询,CMOS技术论文全文下载提供PDF格式文件。CMOS技术中文、英文词汇释义(解释),“CMOS技术”各类研究资料、调研报告等。https://wiki.cnki.com.cn/HotWord/375730.htm
4.99%的芯片制造都离不开这项技术,什么是?CMOS?CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor, 互补金属氧化物半导体)工艺技术是当今集成电路制造的主流技术,99% 的 IC 芯片,包括大多数数字、模拟和混合信号IC,都是使用 CMOS 技术制造的。 什么是P型半导体与N型半导体? P型半导体是将三价元素(如硼或镓)掺杂到硅中产生的。三价原子的外层有3个电子,与相邻的硅...https://www.seccw.com/Document/detail/id/28556.html
5.CMOS技术的优缺点有哪些–智畅行科技百科网CMOS技术的优缺点有哪些? CMOS(互补金属氧化物半导体)技术是一种广泛用于集成电路(IC)和电子设备的制造技术。它是一种使用金属氧化物半导体材料的制造技术,可以在各种电子设备中找到,如计算机、手机、相机和许多其他消费电子产品。本文将探讨CMOS技术的优缺点。 https://www.omkwdugww.cn/?p=15486
6.CMOSCMOS是一种电路技术,全称为"互补金属氧化物半导体"(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)。它是现代集成电路中最常用的制造技术之一。https://vebaike.com/doc-view-1678.html
7.什么是CMOS?CMOS工作原理及其应用特点CMOS技术利用了P沟道和N沟道半导体器件,当今最流行的MOSFET技术之一是互补MOS或CMOS技术,也是微处理器、微控制器芯片、RAM、ROM、EEPROM和专用集成电路 (ASIC) 等存储器的主要半导体技术。 MOS技术介绍 在IC设计中,最基本也是最重要的元件是晶体管,而MOSFET是一种在许多应用中使用的晶体管。这种晶体管的形成可以像三...https://www.mrchip.cn/newsDetail/418
8.集成电路的CMOS技术·互补结构:CMOS技术依赖于n沟道和p沟道MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)的互补对,这意味着每个逻辑门都是由两种类型的晶体管组成,一种在正电压下导通,另一种在负电压下导通。 ·低静态功耗:在稳态条件下,CMOS逻辑门的输入和输出都处于稳定状态,两个晶体管都不会导通,因此几乎没有电流流过,导致极低的静态...https://so.lotut.com/news/detail.html?id=135019
9.CMOS传感器成像原理技术构成及未来应用分析另外CMOS是标准工艺制程,可利用现有的半导体制造流水线,不需额外投资生产设备,并且品质可随半导体技术的进步而提升,这点正是今年索尼IRCUT双滤光片对视频成像技术的影响文/彭中能够在很短时间内开发制造出CMOS芯片的原因。 从技术角度分析成像原理,核心结构上每单位像素点由一个感光电极、一个电信号转换单元、一个...http://www.afzhan.com/Technology/Detail/11343.html
10.MEMSCMOS兼容工艺技术MEMS-CMOS兼容技术(Integrated CMOS-MEMS Technology)在MEMS芯片制造领域中业内领先。通过CMOS逻辑电路与MEMS传感器的工艺集成,可以实现两者之间的优势互补,优化信噪比、减小器件尺寸、降低成本针对智能传感器、生物医疗和消费类电子等市场大方向的应用需求,通过建设多样化的MEMS-CMOS兼容工艺和尖端技术平台,包括选通阵列MEMS-CM...https://www.nisic.xin/index.php?c=article&a=type&tid=68