雙極型微電子技術(shù)簡(jiǎn)介
雙極型制造工藝是早期集成電路產(chǎn)品所應(yīng)用的唯一工藝。隨著微電子工藝的發(fā)展，雙極型工藝逐漸被MOS工藝所代替。在20世紀(jì)70年代，CMOS工藝逐漸成為主流微電子制造工藝。在過(guò)去的30多年中，CMOS工藝有了很大的發(fā)展，但是雙極型工藝始終沒(méi)有較大的進(jìn)步。由于雙極型工藝過(guò)程復(fù)雜、成本高、集成度低，在現(xiàn)代的超大規(guī)模集成電路中己經(jīng)很少單獨(dú)使用。但是，雙極型工藝速度快、較大的電流驅(qū)動(dòng)能力等特點(diǎn)是CMOS工藝所達(dá)不到的。在某些情況下，作為CMOS工藝的補(bǔ)充，雙極型工藝仍然被少量地使用。
雙極型三極管是雙極型工藝的典型器件。雙極型三極管是由兩種載流子參與導(dǎo)電的半導(dǎo)體器件，它由兩個(gè)pn結(jié)組合而成，是一種電流控制電流源器件（CCCS）。根據(jù)三極管三極摻雜雜質(zhì)不同，雙極型三極管可以分為NPN型三極管和PNP型三極管，如圖1所示。以NPN型三極管為例，集電極電流和基極電流流入三極管，發(fā)射極電流流出三極管，流進(jìn)的電流等于流出的電流。發(fā)射區(qū)摻雜濃度高，基區(qū)摻雜濃度低且很薄，而集電結(jié)面積較大，是保證三極管能夠?qū)崿F(xiàn)電流放大的關(guān)鍵。
圖1 NPN與PNP雙極型三極管電路圖與結(jié)構(gòu)示意圖
雙極型制造工藝可以粗略地分為兩類：一類在元器件間需要做電隔離；另一類在元器件間不需要做電隔離，而只需自然隔離。大部分雙極型工藝都采用第一種做法，在元器件間做電隔離。電隔離的方法有很多，如pn結(jié)隔離、全介質(zhì)隔離及pn結(jié)－介質(zhì)混合隔離。在早期的標(biāo)準(zhǔn)雙極型工藝中，都是采用pn結(jié)來(lái)隔離各個(gè)三極管間的集電極。采用pn結(jié)隔離分為三種結(jié)構(gòu)：（1）標(biāo)準(zhǔn)下埋集電極三極管（SBC），（2）集電極擴(kuò)散隔離三極管（CDI），（3）三重?cái)U(kuò)散三極管（3D）。
如圖2（a）所示，在SBC工藝中，集電極區(qū)域由一個(gè)重?fù)诫sn＋埋層和一個(gè)輕摻雜n型外延層構(gòu)成。集電極間的隔離由與襯底相連的p型擴(kuò)散區(qū)來(lái)實(shí)現(xiàn)�；鶚O和發(fā)射極區(qū)域在隔離層結(jié)構(gòu)制作以后通過(guò)擴(kuò)散得到。圖2（b）展示的是CDI工藝，整個(gè)器件區(qū)域由一個(gè)n＋環(huán)包圍，這個(gè)n＋環(huán)與下埋n＋層相連，這樣三極管就被由集電極和襯底構(gòu)成的pn結(jié)與外界隔離開來(lái)。3D工藝如圖2（c）所示，集電極、發(fā)射極、基極均是由注入工藝實(shí)現(xiàn)的。pn結(jié)隔離通常使得晶體管的尺寸較大，因此使得雙極型工藝不適合在現(xiàn)代的超大規(guī)模集成電路中應(yīng)用。
圖2 3種pn結(jié)隔離工藝截面圖
典型的pn結(jié)隔離的雙極型工藝流程復(fù)雜，總的工序一般有40多道。這里以標(biāo)準(zhǔn)下埋集電極（SBC）工藝的主要的工藝流程為例進(jìn)行介紹，如圖3所示。
