半导体制造工艺之BiCMOS技术.pdf

目前为止，在日常生活中使用的每一个电气和电子设备中，都是由利

用半导体器件制造工艺制造的集成电路组成。电子电路是在由纯半导体材

料(例如硅和其他半导体化合物)组成的晶片上创建的，其中包括光刻和化

学工艺的多个步骤。

半导体制造过程于1960年代初期从美国德克萨斯州开始，然后扩展

到世界各地。如今半导体制造工艺多种多样，已经在电子电路中扮演着无

可撼动的地位。本文主要介绍其中的一种制造工艺——BiCMOS技术。

关于BiCMOS技术

BiCMOS是主要的半导体技术之一，也是一项高度发达的技术，在1990

年代将两种独立的技术(双极结型晶体管和CMOS晶体管)集成在一个现代

集成电路中，当今在电子电路中已经被广泛的运用。

如上图所示，它是第一款模拟/数字接收器IC，是一款具有非常高灵

敏度的BiCMOS集成接收器。

关于CMOS技术

CMOS技术是作为MOS技术或CSG(CommodoreSemiconductorGroup)的

补充，其实CSG最初是作为制造电子计算器的来源。后来，称为CMOS的

互补MOS技术被用于开发集成电路，如数字逻辑电路以及微控制器和微处

理器。CMOS技术具有低功耗和低噪声容限以及高封装密度的优势。

上图显示了CMOS技术在制造数控开关器件中的应用。

关于BJT双极晶体管技术

BJT双极晶体管是集成电路的一部分，它们的操作基于两种类型的半

导体材料或取决于两种类型的电荷载流子空穴和电子。这些通常分为PNP

和NPN两种类型，根据其三个端子的掺杂及其极性进行分类，它提供了高

开关以及具有良好噪声性能的输入/输出速度。

该图显示了双极晶技术在RISC处理器AM2901CPC中的应用。

BiCMOS制造工艺流程

BiCMOS的制造结合了BJT和CMOS的制造工艺，但只是形式上面的变

种。下面简单介绍下BiCMOS的制造工艺流程。

1、如下图所示选P-Substrate(基板)：

2、在P-substrate上覆盖氧化层：

3、在氧化层上做一个小开口，如下图所示：

4、通过开口重掺杂N型杂质：

5、P-外延层在整个表面上覆盖：

6、接下来，整个表面层再次被氧化层覆盖，并通过该氧化层制作两个

开口：

7、从穿过氧化层的开口中扩散N型杂质，形成N阱：

8、在氧化层上打三个开孔，形成三个有源器件：

9、用Thinox和Polysilicon覆盖并图案化整个表面，形成NMOS和

PMOS的栅极端子：

10、加入P-杂质，形成BJT的基极端子，类似地，N型杂质被重掺杂

以形成BJT的发射极端子、NMOS的源极和漏极，并且为了接触目的，N型

掺杂到N阱集电极中：

11、形成PMOS的源漏区，并在P基区进行接触，重掺杂P型杂质：

12、接下来整个表面被厚厚的氧化层覆盖：

13、通过厚氧化层对切口进行图案化以形成金属触点：

14、通过氧化层上的切口制作金属触点，端子命名如下图所示：

以上就是BICMOS的制造工艺流程，不难看出，它结合了NMOS、PMOS

和BJT。在制造过程中使用了一些层，例如沟道停止注入、厚层氧化和保

护环。

从理论上讲，要同时包含CMOS和双极晶技术，制造过程是困难的。因

为在处理P阱和N阱CMOS时，无意中产生寄生双极晶体管是比较棘手的

问题。另外，对于BiCMOS的制造，增加了许多额外的步骤来微调双极和

CMOS组件，所以总制造成本也增加了。

如上图所示，通过注入或扩散或其他方法在半导体器件中注入沟道截

断层，以限制沟道面积的扩展或避免寄生沟道的形成。而且高阻抗节点

(如果有的话)可能会导致表面泄漏电流，为了避免电流在限制电流流动的

地方流动，使用了一些保护环。

BICMOS技术主要优势

通过使用高阻抗CMOS电路作为输入来促进和改进模拟放大器的设计，

其余的则通过使用双极晶体管来实现。

BiCMOS本质上对温度和工艺变化有很大的影响，提供了良好的经济考

虑(主要单元的百分比高)，而电气参数的变化较小。

BiCMOS器件可根据要求提供高负载电流吸收和输出。

由于它是一组双极和