北京大学：《集成电路原理与设计 Principle of Integrated Circuits》课程电子教案（数字集成电路原理与设计）chap2-1 第二章 集成电路制作工艺（2.1.2-2.2.2）

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集成电路原理与设计 集成电路制作工艺：CMOS工艺 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

Generated by Foxit PDF Creator Foxit Soft ttp//www.foxitsoftware.comForevaluation 第二章集成电路制作工艺 2.1.1集成电路加工的基本操作 2.1.2MOS结构和分类 22.1N阱CMOS工艺 2.2.2深亚微米CMOS工艺 23.1 CMOS IC中的寄生效应 2.3.2SOⅠL艺 233CMOS版图设计规则

2 第二章 集成电路制作工艺  2.1.1 集成电路加工的基本操作  2.1.2 MOS结构和分类  2.2.1 N阱CMOS工艺  2.2.2 深亚微米CMOS工艺  2.3.1 CMOS IC中的寄生效应  2.3.2 SOI工艺  2.3.3 CMOS版图设计规则 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

Generated by Foxit PDF Creator Foxit Soft ttp//www.foxitsoftware.comForevaluation 2.1.2MOS结构和分类 MOS器件是一个夹层结构 M:是 metal,金属 Field Oxide Source/Drain O:是 oxide,氧化物 P-Type Field S:是 semiconductor,半导体 ■早期工艺的MOS器件的栅极是用金属制造的, 所以从栅极向下是金属,氧化物和半导体的 结构

3 2.1.2 MOS结构和分类  MOS器件是一个夹层结构  M：是metal，金属  O：是oxide，氧化物  S：是semiconductor，半导体  早期工艺的MOS器件的栅极是用金属制造的， 所以从栅极向下是金属，氧化物和半导体的 结构 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

Generated by Foxit PDF Creator Foxit Soft ttp//www.foxitsoftware.comForevaluation What is a transistor? A Switch! An Mos Transistor Gs≥Vr ■简单的可以把mos管看作是一个电压控制的开关,当控制电压 高于阈值电压,开关闭合,低于阈值电压,开关断开

4 What is a Transistor? VGS VT Ron S D A Switch! |VGS| An MOS Transistor 简单的可以把mos管看作是一个电压控制的开关，当控制电压 高于阈值电压，开关闭合，低于阈值电压，开关断开 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software ttp//www.foxitsoftware.comForevaluationonly 1、MOS器件结构 Gate GATE ource/ Drain P-TyI Regions Oxide MOS器件有四个端可以连接电枚, 分别为源,漏,栅和衬底 半导体衬底表面在栅极绝缘层以 下的部分称为沟道区,因为在 mos工作过程中会在这里形成导 电沟道 NMOS with Bulk Contact 因此,MOS在纵深方向是M-O S三层结构,在横向是源一沟 道一漏的结构 5

5 1、MOS器件结构  MOS器件有四个端可以连接电极， 分别为源，漏，栅和衬底  半导体衬底表面在栅极绝缘层以 下的部分称为沟道区，因为在 mos工作过程中会在这里形成导 电沟道  因此，MOS在纵深方向是M－O －S三层结构，在横向是源－沟 道－漏的结构 D S G B NMOS with Bulk Contact Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software ttp//www.foxitsoftware.comForevaluationonly MOS:栅极和衬底 GATI Oxide Source/ Drain P-Type Regions ■器件工作过程中,栅极和衬底之间的 电压形成纵向电场,这个电场会在衬 底表面会形成一个导电通道,该沟道G 会连接源端和漏端 MOS的栅极同其他三个电极是绝缘 NMOS with 的,因此MOS也称为绝缘栅场效应 Bulk Contact 晶体管( IGFET) MOS的衬底BULK端是掺杂的半导体, 般接固定的电源和地电压,因此有 时候MOS器件的符号只标出GD-S 三端 6

6 MOS：栅极和衬底  器件工作过程中，栅极和衬底之间的 电压形成纵向电场，这个电场会在衬 底表面会形成一个导电通道，该沟道 会连接源端和漏端  MOS的栅极同其他三个电极是绝缘 的，因此MOS也称为绝缘栅场效应 晶体管（IGFET）  MOS的衬底BULK端是掺杂的半导体， 一般接固定的电源和地电压，因此有 时候MOS器件的符号只标出G－D－S 三端 D S G B NMOS with Bulk Contact G S D Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software ttp//www.foxitsoftware.comForevaluationonly MOS:源和漏 Source/ Drain P MOS器件的源区和漏区在结构和工艺加工上是完全 相同的,在使用中可以被交换,但是为了分析的方 便还是需要区分 ■源端是载流子流岀的一端(载流子的来源 source), 漏端是载流子流入的一端(载流子在这里消失 drain) ■源漏区是半导体表面高掺杂的区域,作为源漏电极 衬底电极也需要高掺杂的欧姆接触,只是其掺杂极 性同源漏区相反

7 MOS：源和漏  MOS器件的源区和漏区在结构和工艺加工上是完全 相同的，在使用中可以被交换，但是为了分析的方 便还是需要区分  源端是载流子流出的一端（载流子的来源source）， 漏端是载流子流入的一端（载流子在这里消失 drain）  源漏区是半导体表面高掺杂的区域，作为源漏电极  衬底电极也需要高掺杂的欧姆接触，只是其掺杂极 性同源漏区相反 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software ttp//www.foxitsoftware.comForevaluationonly MOS:漏,栅,源,衬 Source/ Drain P MOs作为四端器件在漏电压,栅电压,源电压和衬 底电压的作用下工作 栅极的隔离是靠绝缘的栅氧化层,同半导体表面上 的其他三个电极隔开 源极和漏极同衬底接触,源漏和衬底的隔离是靠形 成的反向PN结 源极和漏极之间由两个PN结隔开 因此,在MOS器件的工作过程中需要保持源漏同衬 底之间的PN结0偏或者是反偏

8 MOS：漏，栅，源，衬  MOS作为四端器件在漏电压，栅电压，源电压和衬 底电压的作用下工作  栅极的隔离是靠绝缘的栅氧化层，同半导体表面上 的其他三个电极隔开  源极和漏极同衬底接触，源漏和衬底的隔离是靠形 成的反向PN结  源极和漏极之间由两个PN结隔开  因此，在MOS器件的工作过程中需要保持源漏同衬 底之间的PN结0偏或者是反偏 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software ttp//www.foxitsoftware.comForevaluationonly MOS晶体管的基本结构 Oxide GATE ource/ Drain P-Type Regions Field Oxide 在栅电压的控制下,MOS在沟道区形成导电沟 道连接源漏区,因此经常我们关心源漏区和沟 道区的情况 源漏区:主要目的是形成源漏电极,作为开关 的两端 沟道区:器件的主要工作区,沟道的长度(L) 和宽度(W)直接影响着沟道内的电流

9 MOS晶体管的基本结构  在栅电压的控制下，MOS在沟道区形成导电沟 道连接源漏区，因此经常我们关心源漏区和沟 道区的情况  源漏区：主要目的是形成源漏电极，作为开关 的两端  沟道区：器件的主要工作区，沟道的长度（L） 和宽度（W）直接影响着沟道内的电流 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

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