集成电路工艺之双极型工艺

双极型晶体管是最早发明的半导体器件，在早期的集成电路生产中双极型工艺曾是唯一可能的工艺。双极型工艺凭借其高速、高跨导、低噪声以及较高的电流驱动能力等方面的优势，发展很快。同时，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电路、功率放大型电流和高速电路。

双极型电路的基本元素

1. 二极管（PN结）

一般情况下，二极管是由PN结组成，其正方向的电压差与流过的电流大小无关，会始终保持在0.6-0.7V.

2. 双极型晶体管

双极型晶体管主要是由两个PN结组成，其结构可为NPN或者PNP，来实现两种载流子的同时作用。其结构示意图可见下图。

双极型电路的隔离工艺

集成电路是将多个器件及其之间的连线制作在同一个基片上，使器件结构分离原件有所不同，即产生寄生的有源器件和无源器件。寄生效应对电路性能的有一定的影响，因此各个元件之间的隔离是集成电路中必须考虑的问题。双极型集成电路的基本制作工艺可以分为两大类。

一类是，需要在器件之间制备电隔离区域的双极型制造技术，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。采用这种隔离技术的有双极型集成电路，如TTL（晶体管-晶体管逻辑）电路、线性/ECL（Emitter Couple Logic，射极耦合逻辑电路等）。

介质隔离才采用氧化物隔离的方法，即在形成器件区域的周围构筑一层隔离环，该隔离环是二氧化硅等的绝缘体，保证各元件之间是完全电隔离的。

PN结隔离是指两个晶体管分别做在两隔离区内，他们的集电区是n型外延层，两晶体管集电区间隔着两个背靠背的pn结，只要使p型衬底的电位比集电区电位低，两个晶体管就被反向偏置的pn结所隔开，实现电隔离。

二类是，器件之间自然隔离的双极型工艺制程技术，I2L（intergrated Injection Logic，集成注入逻辑）电路采用这种工艺制程技术。

双极型器件的工艺流程

以一个四层三结构的双极晶体管为例，其结构如下图所示：

在是双极型集成电路的基本制造工艺中不断地进行光刻、扩散、氧化的工作。根据以上四层三结构的双极型晶体管，其大致的生产流程如下：

1. 衬底选择：主要确定衬底材料类型；确认衬底材料的电阻率；衬底材料的晶向；

2. 第一次光刻：N+隐埋层扩散孔光刻。

3. 外延层淀积：；

4. 第二次光刻：P隔离扩散孔光刻；

5. 第三次光刻：P区基区扩散孔光刻；

6. 第四次光刻：N+发射区扩散孔光刻；

7. 第五次光刻：引线孔光刻；

8. 铝淀积；

9. 第六次光刻：铝反刻。

其最终形成的平面和剖面图如下图所示：

注：本文为《集成电路：制造工艺与工程应用》的读书笔记及网络整理，侵删！

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