双极型工艺制程技术简介

本章主要介绍了集成威廉希尔官方网站 是如何从双极型工艺技术一步一步发展到CMOS 工艺技术以及为了适应不断变化的应用需求发展出特色工艺技术的。

首先从双极型工艺技术发展到 PMOS 工艺技术，再到 NMOS 工艺技术，但是无论是双极型工艺技术和 NMOS 工艺技术都遇到了功耗问题，最后引出低功耗的CMOS 工艺技术，CMOS 工艺技术是目前工艺技术的主流。但是CMOS工艺技术没有办法满足不断变化的应用需求，所以发展出如 BiCOMS、BCD 和HV-CMOS 等特色工艺技术。

另外还介绍了 MOS集成威廉希尔官方网站 的发展历史，以及 MOS 晶体管的发展和面临的挑战，也就是MOS晶体管按比例缩小的过程中遇到的问题和出现的新技术，为引出先进工艺技术打下基础。

双极型工艺制程技术是最早出现的集成威廉希尔官方网站 工艺制程技术，也是最早应用于实际生产的集成威廉希尔官方网站 工艺制程技术。随着微电子工艺制程技术的不断发展，工艺制程技术日趋先进，其后又出现了 PMOS、NMOS、CMOS、BiCMOS 和BCD等工艺制程技术。

1947年，第一只点接触晶体管在贝尔实验室诞生，它的发明者是 Bardeen、Shockley 和Brattain。1949年，贝尔实验室的 Shockley 提出pn 结和双极型晶体管理论。1951年贝尔实验室制造出第一只锗双极型晶体管，1956年德州仪器制造出第一只硅双极型晶体管，1970年硅平面工艺制程技术成熟，双极型晶体管开始大批量生产。

双极型工艺制程技术大致可以分为两大类：一类是需要在器件之间制备电隔离区的双极型工艺制程技术，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。采用这种工艺制程技术的双极型集成威廉希尔官方网站 ，如 TTL（Transistor Transistor Logic，晶体管-晶体管逻辑）威廉希尔官方网站 、线性/ECL（Emitter Couple Logic，射极耦合逻辑）威廉希尔官方网站 和 STTL（Schot-tky Transistor Transistor Logic，肖特基晶体管-晶体管逻辑）威廉希尔官方网站 等；另一类是器件之间自然隔离的双极型工艺制程技术，I2L（Integrated Injection Logic，集成注入逻辑）威廉希尔官方网站 采用了这种工艺制程技术。图1-1所示的是属于第一类采用pn结隔离技术的双极型工艺集成威廉希尔官方网站 的剖面图，VNPN 是纵向 NPN （Vertical NPN），LPNP 是横向 PNP （Lateral PNP），n +是n 型重掺杂扩散区，P+是P型重掺杂扩散区，P-Base 是p型基区，PW （P-WELL）是p型阱，NW（N-WELL）是深n型阱，NBL（N type Buried Layer）是n型埋层，P-sub（P-substrate）是P型衬底，N-EPI（N-Epitaxial）是n 型外延层。

由于双极型工艺制程技术制造流程简单，制造成本低和成品率高，另外在威廉希尔官方网站 性能方面它具有高速度、高跨导、低噪声、高模拟精度和强电流驱动能力等方面的优势，它一直受到设计人员的青睐。双极型晶体管是电流控制器件，而且是两种载流子（电子和空穴）同时起作用，它通常用于电流放大型威廉希尔官方网站 、功率放大型威廉希尔官方网站 和高速威廉希尔官方网站 。它一直在高速威廉希尔官方网站 、模拟威廉希尔官方网站 和功率威廉希尔官方网站 中占主导地位，但是它的缺点是集成度低和功耗大，其纵向（结深）尺寸无法跟随横向尺寸成比例缩小，所以在VL-SI（超大规模集成威廉希尔官方网站 ）中受到很大限制。在20世纪60年代之前集成威廉希尔官方网站 基本是双极型工艺集成威廉希尔官方网站 ，双极型工艺集成威廉希尔官方网站 也是史上最早发明的具有放大功能的集成威廉希尔官方网站 ，直到20世纪70年代 NMOS 和CMOS 工艺集成威廉希尔官方网站 开始在逻辑运算领域逐步取代双极型工艺集成威廉希尔官方网站 的统治地位，但是在模拟器件和大功率器件等领域双极型集成威廉希尔官方网站 依然占据重要的地位。