半導體元件的分類
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半導體元件的分類. ◆ 半導體元件有好幾種分類方法。例如雙極性或 CMOS 的構造分類 ; 亦依記憶體或邏輯的製品等級分類。 ◆ 表 2.1 為半導體元件的分類,分別以積體度分類,以基板構成分類,以構造分類,加上以功能分類,亦考慮以開發形態或生產形態進行分類。 ◆ 半導體製程最大的問題在於元件的構造區分。基本上,雙極性及 MOS 型製程流程不同,故 BiCMOS 需要整合各自不同的製程。 ◆ SOI (Silicon on Insulating substrate) 構造,則是製程所使用的基板不是矽,僅此不同而已。. Bipolar 元件構造.

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半導體元件的分類

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Presentation Transcript


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半導體元件的分類

◆ 半導體元件有好幾種分類方法。例如雙極性或CMOS的構造分類;亦依記憶體或邏輯的製品等級分類。

◆ 表2.1為半導體元件的分類,分別以積體度分類,以基板構成分類,以構造分類,加上以功能分類,亦考慮以開發形態或生產形態進行分類。

◆ 半導體製程最大的問題在於元件的構造區分。基本上,雙極性及MOS型製程流程不同,故BiCMOS需要整合各自不同的製程。

◆ SOI (Silicon on Insulating substrate) 構造,則是製程所使用的基板不是矽,僅此不同而已。


Bipolar

Bipolar元件構造

◆ Bipolar元件係在矽基板內設置隔離元件的電氣隔離區域,形成基極射極集極的構造,相較於後述的MOS型,構造更為複雜。

◆ 如圖所示為Bipolar元件的基本構造:

1.為古典構造,於隔離區域採用pn接合分離方式。藉由

4~5次雜質擴散,形成電晶體構造。

2.利用氧化膜取代pn接合的方式,降低接合容量,可縮

小元件的大小。


Bipolar1

Bipolar元件的構造


Bipolar2

Bipolar元件製造特性

◆ 相較於CMOS型元件,具有Bipolar構造的元件,由於較消耗電力、製程複雜,性能又與CMOS相差不多,所以使用範圍變得較為狹隘。

◆ 製程技術方面,為了引進雜質,擴散或離子植入工程次數增多,因此對於雜質的縱向的分佈控制更形重要,故熱處理等的整體設計亦相當重要,確實執行缺陷控制等成為關鍵。


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CMOS元件構造

◆ MOS型構造與Bipolar構造不同,矽基板及其表面的氧化膜,因上方的電極採用MOS (Metal Oxide Semiconductor) 型的電容器,構造上較為簡易。

◆ CMOS為同時具有n通道型MOS構造及p通道型MOS構造的元件構造。因此稱為CMOS (Complementary MOS–互補型MOS)。

◆ 以往閘極電極使用Al,於1960年後半開發出矽閘極構造,因為高性能化、可靠性、尺寸縮小等優點,所以放棄了Al閘極構造。

◆ CMOS組成的電路,由於耗電力少,在各領域內取代了Bipolar型加以應用。


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CMOS元件構造

◆ 製程技術方面,不但Si—SiO2界面很穩定,也可充分控制Na離子等,MOS型取代Bipolar型,成為主要的元件。

◆ 下圖為矽閘極構造的n通道型MOS構造、p通道型MOS構造。前者的基板採用p型矽,後者採用n型矽。

◆ 矽閘極構造,也稱為自對準閘極構造,閘極、源極與汲極的位置不受微影的限制,而可自動決定的劃時代方式,目前已標準化。如果沒有此一方法,就不可能開發出高密度記憶體。


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矽柵MOS元件的構造


Bicmos

BiCMOS元件構造

◆ BiCMOS元件具有Bipolar元件的高速性及CMOS元件的低耗電性,在一個晶片內同時植入有Bipolar元件及CMOS元件的晶片已受到重視。

◆ 製造流程不同的Bipolar及CMOS型的元件,為了在同一晶片內形成,所以兩者的製程整合相當複雜。實際上,因應製程順序或條件的最佳化來進行。

◆ 如圖所示為BiCMOS構造的一例。在基板上形成n井,其中形成 npn 型的Bipolar電晶體。藉由擴散形成接合,在CMOS及Bipolar之間,儘量施加共通化的流程,達到工程的簡略化及縮短化。

◆ 目前許多BiCMOS已製品化,但任何一種工程的順序或組合,都是為了各自容易製作所組成,所以工程真是千差萬別。


Bicmos1

BiCMOS元件構造


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SOI元件構造

◆ SOI (Silicon on Insulating Substrate) 是在絕緣層上形成Si層,如同前述,過去曾大量嘗試在SOI基板上形成元件,且部分發展為製品。

◆ 使用SOI基板,比起使用矽晶圓,可忽略基板所具有的容量,可達到元件的高性能化。

◆ SOI基板的製作方法,包括利用晶圓貼合的方法,以及矽基板植入氧離子,於內部形成稱為SIMOX (Separation-by Implanted Oxygen)絕緣層的方法。以上兩種方法各為複合製程的產物,具有各式各樣的變化。

◆ 1960年代後半,已藉由在藍寶石基板上形成矽磊晶單結晶層,嘗試開發SOS (Silicon on Sapphire) 元件。


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使用SOI基板上的元件構造


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