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半導體元件的分類

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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  1. 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。

  2. 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。

  3. Bipolar元件的構造

  4. 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。

  5. 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。

  6. 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。

  7. 矽柵MOS元件的構造

  8. 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。

  9. BiCMOS元件構造

  10. 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。

  11. 使用SOI基板上的元件構造

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