形成器件和集成电路(八)

wptr33 2025-08-06 23:24 52 浏览

可替换（按比例缩小）的晶体管设计

对更密集的电路的一个标准途径是按比例缩小，又称为芯片收缩(die shrink)。用已验证的设计开始按比例缩小，并减小尺寸。然而，按比例缩小可能引入新的问题，例如漏电流增大。许多新材料正在被设计以解决漏电和由按比例缩小引起的其他问题。可替换晶体管也在被探讨。设想包括用于MOS场效应晶体管器件的双栅(DG)和超薄体(UTB），如下图所示。其他设想包括垂直晶体管结构和称为Fin FET的鱼鳍状结构在这种结构中，栅是垂直的，源漏建在鱼鳍的两边。

金属半导体场效应晶体管（MESFET）：金属半导体场效应晶体管是基本的GaAs晶体管结构（参见下图）。金属半导体场效应晶体管的工作方式和结型场效应晶体管一样，唯一不同的是，金属栅极直接淀积在N型GaAs层的上面。

熔丝和导体

熔丝和表面金属丝导体的形成己经在前面做过详细说明。通过利用晶圆下面的“地下导体"（underpass conduct）来节省密集而宝贵的芯片表面区域。这是在芯片表面金属丝导线下面的高浓度掺杂区所形成的。

问题和挑战是多层金属的淀积和光刻。关键技术是平坦化、台阶覆盖度和塞填充。在0．5um设计规则时代，较低接触电阻的金属薄膜和三明治薄膜是非常必要的。

集成电路的形成

在集成电路中包含以上我们介绍的所有元器件。这些元器件都是以设计好的工艺流程按一定的次序形成的，一般来说，工艺流程的设计都是围绕着晶体管进行的。电路设计者尽可能使每一次掺杂都生成更多的元器件。

电路的类型由晶体管的类型所决定。比如，双极型的电路意味着它的电路基于双极型的晶体管，MOS电路是基于任何一种MOS晶体管结构的电路。在半导体工业发展的前30年，一般选用双极型的晶体管和双极型的电路。双极型晶体管有较快的工作速度（开关时间）、漏电流的控制和一个长期的工艺发展过程。双极型晶体管的这些性质恰好适用于逻辑电路、放大电路和转换电路（这些都是半导体工业最早的产品）。这些电路可以满足不断发展的计算机计算功能的需求。核心存储器担当早期计算机的内部存储功能。但是这些存储器的容量比较小而且速度比较慢。大部分的信息都存在计算机的外部，比如磁带、磁盘和打孔卡片上。虽然有双极存储器电路可用，但是它们不能经济地满足核心存储器的需求。

MOS晶体管可以实现快速的、经济的固态存储器的功能，但是早期的金属栅型MOS晶体管有较大的漏电流，而且其参数也不易控制。尽管如此，MOS晶体管本身的优点仍然促进了MOS存储器电路的发展。其优点就是尺寸小，在一定的空间内可以做更多的器件，而且开关速度相对较快。在小尺寸的电路中，良品率会比较高，这是因为在给定缺陷密度的条件下，缺陷会影响较少的晶体管和元器件。

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