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2014年12月30日 星期二

Poly_1





Poly:
如圖三所示,一般CMOS製程中,MOS電晶體的源極與汲極是可以對調使用,而閘極則是由多晶矽所形成的,因此在佈局中,Poly代表閘極,也代表著MOS的個數,在複雜佈局中,只要細數Poly穿越Diff的個數,便也可知道MOS的個數。
 







自我對準Poly:
如圖四和圖五所示,藉由Diff光罩在場氧化上形成開口後,同時也在開口的地方形成了薄薄的氧化層,根據NIMP指定的範圍摻雜原子,原子可以輕易的穿越氧化層抵達指定區域,而厚厚的多晶矽閘極由於厚度,所以無法穿越。依MOS的源極汲極,使閘極與兩極之間達成了自我對準。








 2.阻值
Ploy雖然也可以做連線,但其阻值卻遠遠大於金屬層,而Poly到基底的容值也因為距離較近而相對大了許多,延遲時間與因此變長。在電晶體與場區上沉積一層矽化物,如圖六所示,可以降低阻值。
單位電阻值:Well > Diffusion > Poly > Metal

Well_3




4.N-well製作過程
甲、製作N-well
首先,拿取一片乾淨的裸矽晶片,接著將裸矽晶片暴露在空氣中產生化學反應:



,


生出一層氧化層,如圖六(a)。半導體需要非常精確的控制氧化層的厚度和純度,而生成的方法除了置於空氣中與氧氣作用之外,也可以與水反應生成氧化層。矽與水反應生成的氧化層稱為濕氧化層,與氧氣生成的氧化層稱為乾氧化層。


接下來在氧化層上加上一層光阻,如圖六(b),為了增加光祖與氧化層的附著力,通常會把光阻加熱烘乾。再來放上適當的光罩,如圖六(c),並進行曝光,如圖六(d),受到紫外線照到區域的光阻會變得較脆弱,使用顯影液可以將較脆弱的光阻去除,如圖六(e),最後進行蝕刻,如圖六(f),把多餘的光阻全部去除。


乙、N-well設計規則
CMOS製程中,所有層的圖形都有最小間距與最小尺寸的規定,如圖七所示,然而,每個製程所制定的規定都不同,且隨著佈局越來越複雜,想要檢查全部的圖層是否都符合規定也越來越困難,因此我們使用了設計規則檢查程序﹝DRC程序﹞來幫助檢查佈局是否都符合規定。


5.Well使用
甲、Well製程應用
除了最常用的P基底植入N-well製程外,如圖a所示。還有其他種類的製程;例如:P-well製程,如圖b所示;雙well製程,如圖c所示;P基底三well製程,如圖d所示。
乙、各製程特點
要植入N-well或是P-well,基底必須是反摻雜的,意思就是P基底必須摻入N型材料,直到濃度由P型轉成N型;N基底必須摻入P型材料,直到濃度由N型轉成P型。而基底中受體原子離化後會增加散射機率,降低遷移率,這種因反摻雜帶來的效應稱作過摻雜效應。
為了減少過摻雜效應,可以採用雙well製程,如圖c所示。當用較輕摻雜基底時,反摻雜的量會比較小,過摻雜效應相對會比較小,但低摻雜是很難控制的,所以一般不採用本質矽基底。
為了允許MOSFET連接至不同電位,三well摻雜製程可以滿足此需求,如圖d所示,增加的N-well將P-well與P基底隔開。




2014年12月4日 星期四

Well_2



3.N-well電阻
甲、N-well電阻


N-well不僅可以作為PMOS電晶體的本體,也可以用來製作電阻,如圖四所示。


乙、電阻值計算



                                                                      圖4

電阻的阻值是由電阻率ρ和電阻尺寸所構成的函數,如圖四中所示的兩條引線間材料的電阻值為:



但在製程中,所有的厚度t均是相等的,也就是說其深度是固定的,而在佈局中,我們只能控制MOS的W﹝寬度﹞和L﹝長度﹞。在佈局圖裡,電阻值為:






Well_1





 1.原子摻雜
P基底:在矽晶片中摻雜了三價元素硼、鋁、鎵等受體原子,則此類型的晶
    片稱為P型晶片。
N基底:在矽晶片中摻雜了五價元素磷、砷、銻等施體原子,則此類型的晶
    片稱為N型晶片。


2.N-well(P-well)製程中產生的PN Junctions
甲、寄生二極體


在圖一中,N-well與P基底之間構成了一個寄生二極體,如圖一所示。


 圖.1
在電路中,我們為了避免寄生二極體正偏,P基底通常會與電路中的電壓最低點相連,而這個最低點通常是接地端﹝0V﹞。

乙、空乏層電容形成原理
空乏區是指自由電子和電洞均被空乏的區塊。

在二極體內部,P型材料中含有大量的電洞,N型材料中則含有大量的自由電子,當P型材料與N型材料結合時,其接面的形成導致P、N材料之間產生了空乏區,如圖二所示。

                                                                    圖.2

P型側的電洞向右穿過接面,留下了負電荷在P型側中,使得P型側帶負電;N型側的自由電子向左穿過接面,留下了正電荷在N型側中,使得N型側帶正電。接面兩邊空乏區裡的原子會與自由電子和電洞產生排斥力,此力不僅可以使二極體內的電荷分布平衡,同時也產生出一個寄生電容,如圖三所示。


                                                                      圖.3