双极型晶体管的制造工艺及应用

双极型晶体管是最早发明的半导体器件&＃xff0c;在早期的集成电路生产中双极型工艺曾是唯一可能的工艺。双极型工艺凭借其高速、高跨导、低噪声以及较高的电流驱动能力等方面的优势&＃xff0c;发展很快。同时&＃xff0c;双极型晶体管是电流控制器件&＃xff0c;而且是两种载流子(电子和空穴)同时起作用&＃xff0c;它通常用于电流放大型电路、功率放大型电流和高速电路。

双极型电路的基本元素

1. 二极管(PN结)

   一般情况下&＃xff0c;二极管是由PN结组成&＃xff0c;其正方向的电压差与流过的电流大小无关&＃xff0c;会始终保持在0.6-0.7V.

2. 双极型晶体管

   双极型晶体管主要是由两个PN结组成&＃xff0c;其结构可为NPN或者PNP&＃xff0c;来实现两种载流子的同时作用。其结构示意图可见下图。

双极型电路的隔离工艺

集成电路是将多个器件及其之间的连线制作在同一个基片上&＃xff0c;使器件结构分离原件有所不同&＃xff0c;即产生寄生的有源器件和无源器件。寄生效应对电路性能的有一定的影响&＃xff0c;因此各个元件之间的隔离是集成电路中必须考虑的问题。双极型集成电路的基本制作工艺可以分为两大类。

一类是&＃xff0c;需要在器件之间制备电隔离区域的双极型制造技术&＃xff0c;采用的隔离技术主要有pn结隔离、全介质隔离以及pn结-介质混合隔离等。采用这种隔离技术的有双极型集成电路&＃xff0c;如TTL(晶体管-晶体管逻辑)电路、线性/ECL(Emitter Couple Logic&＃xff0c;射极耦合逻辑电路等)。

介质隔离才采用氧化物隔离的方法&＃xff0c;即在形成器件区域的周围构筑一层隔离环&＃xff0c;该隔离环是二氧化硅等的绝缘体&＃xff0c;保证各元件之间是完全电隔离的。

PN结隔离是指两个晶体管分别做在两隔离区内&＃xff0c;他们的集电区是n型外延层&＃xff0c;两晶体管集电区间隔着两个背靠背的pn结&＃xff0c;只要使p型衬底的电位比集电区电位低&＃xff0c;两个晶体管就被反向偏置的pn结所隔开&＃xff0c;实现电隔离。

双极型器件的工艺流程

以一个四层三结构的双极晶体管为例&＃xff0c;其结构如下图所示&＃xff1a;

在是双极型集成电路的基本制造工艺中不断地进行光刻、扩散、氧化的工作。根据以上四层三结构的双极型晶体管&＃xff0c;其大致的生产流程如下&＃xff1a;

1. 衬底选择&＃xff1a;主要确定衬底材料类型&＃xff1b;确认衬底材料的电阻率&＃xff1b;衬底材料的晶向&＃xff1b;

2. 第一次光刻&＃xff1a;N&＃43;隐埋层扩散孔光刻。

3. 外延层淀积&＃xff1a;&＃xff1b;

4. 第二次光刻&＃xff1a;P隔离扩散孔光刻&＃xff1b;

5. 第三次光刻&＃xff1a;P区基区扩散孔光刻&＃xff1b;

6. 第四次光刻&＃xff1a;N&＃43;发射区扩散孔光刻&＃xff1b;

7. 第五次光刻&＃xff1a;引线孔光刻&＃xff1b;

8. 铝淀积&＃xff1b;

9. 第六次光刻&＃xff1a;铝反刻。

其最终形成的平面和剖面图如下图所示&＃xff1a;

注&＃xff1a;本文为《集成电路&＃xff1a;制造工艺与工程应用》的读书笔记及网络整理&＃xff0c;侵删&＃xff01;

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