十一章 微电子与集成电路.docx

1、十一章 微电子与集成电路十一章 微电子与集成电路11.1集成电路（IC）：理论与工艺当今，集成电路芯片是大多数电子设备和计算机的基本电路块。这在1.3节中曾作过介绍，把集成电路微芯片定义为“在一晶片上已制作有各种元器件，包括有源器件和无源器件，且这些器件间没有外部连接。”如平面晶体管（见图8.2b）和MOS晶体管（见图10.1）之类的电子器件是这些芯片的基本单元，这些芯片具有完整的电路功能。”目前已经研制出许多种电路模块，制作这些电路模块动力有从以下四方面：1、成本；2、尺寸；3、可靠性；4、功能。先进半导体工艺的发展导致能把成千上万的晶体管制备在同一个单晶片上，这些单晶片的尺寸每边约5mm，

2、厚约0.25mm，以低成本作为发展的原动力。集成电路的平面工艺是采用批量处理技术，把上千个电子元件同时制作在同一硅芯片上，而其成本几乎与生产一个分立晶体管的芯片差不多。因此，一个集成电路芯片上单个晶体管的成本已降到零点几个美分。最近GaAs数字集成电路芯片也已经出现，这种芯片比相应的硅芯片具有更高的开关速度。采用光刻技术在芯片上可刻蚀出许多器件，这样不但能提供同时生产出这些器件的廉价工艺，而且也可把器件的尺寸做得特别小。根据光学原理：可以分辨的器件结构的最小尺寸仅仅受用于光刻胶暴光的辐射源波长的限制，辐射源的范围可以从波长几千埃的可见光到只有几埃的电子波。单一芯片上的各个元器件相互连接所采用的

3、工艺涉及在芯片上沉积一层金属化薄膜，然后采用光刻技术在金属化膜刻蚀出所需的图案。这种方法为芯片上的器件连接提供了一种廉价而且可靠的方案，为了制成一个完整的电子设备，这种封装电路芯片还必须与电路板焊接起来，器件失效主要来自这种封装电路与电路板的外部连接。最复杂的电路需要沉积几层金属化膜，彼此间通过介质膜进行电隔离。成本和可靠性考虑要求在同一IC芯片上尽可能最大限度的装配 (assemblage) 元器件。目前正在大力研究把数十个IC通过金属化膜连接起来，而每一个IC能执行一个完整的电子功能，从而构成一个完整的电子设备。例如计算机及外加辅助电路。然而，最近发现这些窄的金属导轨的电阻会限制这些电路的

4、开关频率。最后，集成电路的批处理技术能经济地运用大量器件来执行单个电路功能。这种技术为这种复杂的电路设计提供了可能，这在集成电路出现之前是不可能的，因而也提高了电路功能。集成电路形式也使得生产体积小、能耗低的、广泛应用于数字电路的新型合并（merged）器件成为现实。这一章主要讨论用于集成电路生产中的各种半导体材料及器件的制备技术。介绍在制备器件过程中单晶半导体衬底上选择性掺杂的方法，例如扩散法和离子注入法。讨论构成集成电路的各种元器件，并比较这些集成器件与它们相应的分立元件在形式上的区别。介绍目前生产的Si和GaAs数字集成电路，硅模拟集成电路设计的基本要素。讨论器件小型化限制芯片上的最大器

5、件密度的根本制约因素；研究用于预测这些电路最大工作速度和工作频率的原理，分析包括尺寸定义、材料、芯片生产、最大能耗、可靠性等主要制约因素。最后介绍计算机辅助设计在IC芯片中的运用。11.2集成电路材料当今，绝大多数集成电路都是用半导体硅作为起始材料，主要是由于这种半导体材料具有下列特性优点：（1）它的原子重量轻，而且资源充足；（2）高纯单晶硅容易生长；（3）具有比较大能带间隙；（4）通过掺杂能容易地形成p-n结；（5）优良的热导体；（6）容易形成优异的本征、电绝缘和稳定的氧化物；（7）电子迁移率高。化合物半导体GaAs的电子迁移率高于硅的五倍，但与硅上述的性能相比，GaAs有五个方面不如硅。然

6、而，GaAs数字集成电路芯片已经研制成功，与硅芯片相比，它有优异的开关速度。这种新型芯片的基本单元是MESFET，一种比较容易集成的器件结构。Ge是一种元素半导体，电子迁移率比硅高二倍。然而，Ge不能形成稳定的氧化物，而且Ge的能带间隙比Si小，因此Ge p-n结的漏电流比较高，且只能在较低温度下工作。所以，在将来一段时间内，Si作为集成电路芯片起始材料仍将保持其主宰地位。事实上，硅是一种在自然界中含量十分丰富的元素（不是一种化合物），这使得它的制备相对简单而且经济。硅的元素性质决定了它的提纯和单晶生长比较简单，它的原子量小也说明它的质量密度低（大约与铝相当），这一点在航天应用中非常优越，因为

7、在航天应用中，集成电路重量轻尤其重要。硅提纯技术简单，能够比较经济地获得杂质含量低于1ppb高纯硅材料。单晶硅生长的方法如图2.2所示。采用单晶硅作为集成电路的起始材料，如2.1.2节所述，主要是由于硅材料的完整性和质量的可控制性，这一点在大规模集成电路中尤为必要，因为在晶体中即使极微量的缺陷也会影响整个电路芯片的正常功能。单个硅晶片上容易地制备出p-n结，这是通过把硅片依次放入到含有施主杂质和受主杂质的气氛中，温度升高到900以上处理，或者采用离子注入得到的。这种固态扩散掺杂技术对化合物晶体不是总是有效的，但是对单质硅这种技术容易实现，且可控性好。所有电子器件的功能均会受到其内部所产生的热量

8、的限制，半导体器件对温度特别敏感，某些细节早已讨论过。作为集成电路的起始材料，一个重要的条件是：它必须是热的良导体，主要是因为这些器件的尺寸比较小，这样其内部产生的高热量密度可以有效地传输到散热器。只要电路中各个元器件能处于相同温度，通过在稍高的温度上进行合适的电路设计，使电路正常工作是可能的。因为在室温下硅的热导率大约是金属铜的1/3，因此采用硅在高能密度下工作是可行的。硅的热导率对半导体材料来说已经是非常高了，例如Ge的热导率只有Si的一半，而GaAs则更低。此外，由于Ge的能带间隙小，热电子-空穴对的产生会使其p-n结漏电流增加，所以Ge器件最高工作温度只有100，而Si器件则可达200

9、。由于GaAs的能带间隙较大，所以GaAs器件一般来说能在超过300的环境下工作。最后，需要着重指出的是：与其他半导体如Ge和GaAs相比，硅能形成绝缘体性良好且稳定好的氧化物，这一点在集成电路工艺中起着重要的作用。相反，锗能形成的两种氧化物：一种溶于水，另一种在高温下不稳定。GaAs的氧化物是不稳定的。SiO2是一种绝缘体，其电阻率超过1014-cm，通常称之为石英，在高温下很稳定，其熔点超过2000。在集成电路生产中，SiO2有两个突出的用途。它的绝缘性可以作为保护膜使p-n结免受周围环境杂质的污染。此外，可以用作稳定的、高温掩模材料，能选择性阻挡施主或受主杂质进入不希望掺杂的硅片中。Si

10、O2的这种保护性质在第5.5节已经讨论过，并通常在SiO2层表面再涂上一层SiN4可提高其保护作用。GaAs上的SiO2和SiN4沉积层起表面保护和掩蔽作用。11.2.1 晶片加工处理单片硅集成电路的起始材料的基本形式是硅单晶片，它是从如图2.2a和11.1a所示的硅单晶切割下来的。目前所用的晶体直径是5-6英寸，即大约12-15厘米。然后，用刀一样(baloney)的金刚石锯，把晶体切割成厚度小于0.5毫米的晶片。最终，象切割玻璃那样，用碳化钨刀片对硅晶片进行划片（scribe），把每个晶片分割成几千个集成电路芯片，每个芯片的面积为25mm2或更大一点的。其工艺过程如图11.6b所示。然而，

11、在大部分生产过程中，这些硅片必须保持完整无损 (intact)，以便能进行批处理，因此一次可以同时处理几千个相同的电路。集成电路生产中，晶片分割成芯片是最后几道工序之一，是在电路封装之前进行。切割后的硅片再进行研磨和抛光。抛光的最后一步是在硝酸和氢氟酸的混合溶液中进行化学处理，目的是溶解掉硅晶片表面的粗糙部分，使单晶硅表面平整且光亮如镜。这样处理过的晶片一般是从1-10-cm P-型硅单晶切割下来的。在双极型集成电路制备过程中，把晶片放入到反应容器中，通过外延生长在硅表面沉积一层0.1-1.0-cm的n型硅单晶层。所谓外延生长是指在单晶衬底上从气相沉积一层薄的单晶层。这种化学气相生长与与液相生

12、长（如图2-2c所示）相比显然不同。在气相生长中，晶种是一片平整的衬底片，这个衬底片暴露于含有硅的气相中，生长是在高温但低于其熔点的温度下进行。用这种方法可以制备一层簿的厚度非常均匀的n-或（p-）型层。实现气相沉积的设备如图11.2a所示。在气相生长中所用的硅气源是含有百分之几的四氯化硅或三氯硅烷的氢气，它们在1000与1200温度之间，产生硅沉积的典型的化学反应为： SiCl4+2H2=Si+4HCl （11-1）其中，盐酸（HCl）可在在气相沉积之前加入，这样做是为了对衬底表面进行预处理。在外延过程中，除了要准确地控制n-型硅沉积层的厚度外，还必须准确控制其杂质浓度，才能制备出具有合适电

13、阻率的材料。为此，必须要把量很小且精确的施主杂质加入到SiCl4中，这种施主杂质通常以PH3的形式加入（p型层生长可引入B2H6）。制备双极型集成电路的外延源片的截面示意图如图11.2b所示，它是在p型硅衬底上外延了一层n型硅薄膜。在集成电路中的所有器件都制作在n型外延层中，P型衬底主要用作外延层沉积的基片，以便于对这层外延薄膜的操作处理。没有经过外延的p型衬底用来制备某些MOSFET存储器和数字集成电路；然而，对含有n型沟道和p型沟道器件的CMOS电路则需要用含有外延层的晶片。11.3 半导体掺杂技术半导体掺杂的一种技术是通过固态扩散向半导体内引入施主或受主杂质，这种方法需要将硅置于适当杂质

14、的蒸汽中加热，其温度要在900以上。另一个掺杂技术是用离子注入将施主或受主杂质注入到半导体晶体中，这里掺杂原子的离子要加速到具有几十万个电子伏特的能量，然后被“射入”（注入）到半导体中。由于固态扩散技术非常简单，使得这种方法在半导体掺杂上较为盛行。在设备方面，所需要的仅仅是一个能将半导体晶体温度升至900以上的炉子。但是，这种方法必须要采用氧化掩膜技术，以保证杂质仅仅引入到根据设计所选定的某些晶片的区域中。相比较而言，离子注入则需要一个更为复杂且昂贵的加速器，而且晶片的生产效率较低。不过，通过离子注入所引入的杂质的浓度可精确控制，特别是在掺杂浓度要求较低的情况下，离子注入技术应用非常广泛。热扩

15、散是一个较为温和的过程，与离子注入所需要的轰击相比，对半导体晶体所产生的损伤要小得多。而在离子注入之后，则需要通过热处理来消除晶体中引入的结构缺陷。11.3.1 固态扩散技术固态扩散过程，在某种意义上，可以与5.3.1所描述的硅晶格中的少数载流子扩散相类比。也就是说，在气相中的原子作无规则的随机运动，但是存在一种统计学慨率，即杂质将会进入到纯的硅晶格中，在那里与含有大量杂质的气相相比，很少有这样的掺杂原子存在。描述这些掺杂原子从气相进入固体的流动问题的数学表达式，类似于描述晶体中少数载流子的扩散方程式（7.8）。但是，杂质原子扩散不需要考虑复合问题，所以相关的方程可写为： （11-2） 这里，

16、N(x,t) 代表在高温条件下经过扩散t时间后离晶体表面距离x处上的杂质原子密度；D是扩散系数，代表杂质掺入晶体的渗透速率。由于D与温度有关，随着温度的升高杂质原子的无规则运动变得更为剧烈，所以渗透速率加快。扩散系数随绝对温度变化的关系可写为：（11-3）式中，ED是扩散活化能，对于硅中几乎所有施主和受主替代杂质的ED为34eV，D0是随温度变化的常数。间隙扩散的活化能如金和铜仅为1eV。将D与1/T的半对数作图可得一直线，其斜率取决于ED。在低浓度条件下，硅中主要施主和受主杂质的扩散系数随温度变化的关系图如11.3所示。如果硅晶体在高温下始终与气相中浓度不变的施主或受主杂质相接触，那么晶体中

17、的杂质分布可通过代入合适的边界条件，求解式（11.2）得到：（11-4）这里N0代表杂质在半导体表面（x=0）的浓度，假定与时间无关；erf是数学误差函数，与前面式（7.27）中出现形式一样； erfc定义为余误差函数（erfcZ=1-erfZ），它是一个表格函数（tabulated function），如图11.4a所示。如果已知N0且利用式（11.4）和图11.4a，我们可以计算出掺入到半导体晶体表面内的杂质原子分布，如图11.4b所示，图中表明在某个温度T1下，随着晶体处理的时间延长，从晶体表面外部穿透进入晶体内部的杂质浓度也变大。由于晶体通常是暴露在施主或受主杂质浓度很高的气氛中，因此

18、晶体表面的杂质达到饱和，所以N0实际上代表在不破坏晶格的条件下杂质原子在半导体中的最大溶解度。在通常的扩散温度范围（9001300）内，各种施主和受主杂质原子在硅中的固溶度数据如图11.5所示。扩散杂质的余误差函数分布典型的用于形成双极型晶体管的发射区和MOS场效应管的源区和漏区。然而，在设计双极型晶体管基区的杂质扩散分布N（x)），很重要的一点是掺杂杂质的表面浓度要明显低于最大溶解度限，才能获得高的发射极注入效率。要达到这一点，可以通过两步扩散工艺：首先是预淀积，即是短时间的、低温下的遵循余误差函数分布的杂质淀积；随后是在尽可能没有任何沾污的惰性气体气氛中进行高温杂质推进（driven-in

19、）扩散。在这种条件下，由求解式（11.2）所得的杂质扩散分布轮廓是服从高斯分布，可表示为：（11-5）式中，Q0是delta函数分布的杂质浓度，即表示t=0时单位表面积上的杂质浓度，在浅余误差函数分布的预淀积的情况下，Q0可近似用积分式(11.4)在沉积时间t、距离x上求得。A 扩散掩膜对于图8.2所示的平面双极型晶体管，为了形成n-p-n型结构，必须在n-型衬底晶体中依次扩散p型和n型杂质。此外，这些扩散必须有选择性地将杂质引入晶体表面的一些特定区域。硅表面上某些区域中如有二氧化硅的存在，可以阻止掺杂杂质的引入，这是由于如硼、砷和磷等杂质在二氧化硅中的扩散要比在硅中的扩散慢。这些杂质可以有效

20、地被这种厚度适当、热稳定性好的氧化层所掩蔽，因此，用这种方法可在硅晶体表面上沟划（delineate）出所需的器件结构。氧化层中的掩膜图案可以依次用光刻技术刻画出出来。在氧化过的硅片上涂上一种液态的聚合物光刻材料，由于溶剂的蒸发，可在氧化物表面形成一层非常薄的固态薄膜。然后，用短波长的紫外光将明暗交错的图案投影在光刻胶薄膜上，在薄膜中有光吸收的区域，将会使光刻胶高聚物薄膜交连起来；随后有机溶剂中的显影过程将冲刷掉未曝光过的光刻胶，留下的光刻胶所构成的图案与投射光的图案相反，也就是说，光刻胶薄膜只存在于吸收光的区域，反之亦然。留在硅片上的光刻胶用于保护其下面的二氧化硅不暴露于湿法腐蚀剂（如氢氟酸

21、）或干法腐蚀剂（如含氟的气体）中。通过这样的方式，采用光抗蚀薄膜可在硅片上根据设计刻蚀出氧化物掩蔽图案。气相淀积到其他半导体晶体上（如GaAs和InP）的二氧化硅或氮化硅，也可用作选择性的掩模层，阻止杂质扩散进入这些化合物半导体晶体中。B2O3、BBr3和B2H6中的硼在硅中通常用作p型杂质扩散剂，POCl3和PH3中的磷用作n型扩散剂，AsH3和As2O3用作砷源。如7.4.2中所讨论的，为了控制少数载流子的寿命，一般是从金属源中通过扩散将金引入到硅片中。金在硅中的扩散系数非常快，大约为10-5cm2/sec，所以这种扩散在800或更低的温度下就能实现。锌和镉在砷化镓中是常用的p-型掺杂剂，

22、而锡和硒则通常是n-型掺杂剂。11.3.2 离子注入采用离子注入技术将硼原子注入到硅中的工艺，则需要有一个硼离子源和一个离子加速器，将硼离子的动能增加到几百千伏。带正电荷的硼离子是将硼气体暴露在辐射源中形成的。然后，使这些离子穿过（fall through）象电容一样的金属片和硅片之间所形成的一个很大的直流电位差。这些高能硼离子穿透进入带负电的硅晶体几个微米左右（or fractions）的距离，在那里成为掺杂受主离子。同样，n型杂质原子也可以注入到硅晶体中。离子注入的装置如图11.6所示。离子注入对于GaAs和InP中的掺杂同样也是一种重要的技术。对于半导体中的杂质的引入，离子注入与扩散掺杂

23、相比有如下优点：1、能精确控制杂质水平，特别是低杂质浓度；2、具有非常好的浅掺杂层的深度控制；3、处理温度非常低；4、可以产生特殊的杂质分布轮廓；5、有可能注入不溶于半导体的离子。离子注入存在的缺点为：1、高能离子注入所产生的晶格损伤必须经过热退火处理或激光退火处理；2、高浓度的离子掺杂受到限制；3、在不存在严重的晶格损伤的条件下，离子注入的深度有限；4、离子穿透是各向异性的（即在各个晶向上离子穿透是不同的）；5、生产产量有限；6、离子注入设备复杂且昂贵。离子注入技术所得到的掺杂原子在半导体表面（x=0）下的分布可用高斯公式表示： （11-6） 式中，是离子流量或每平方厘米上的离子剂量；Rp是

24、杂质离子在半导体材料中的范围，是离子质量和注入能量的函数；Rp是杂质的离散度(straggle)，因此也与离子的质量和能量有关。离子注入通常是在离子能量加速到50200keV左右以及离子流在几十个微安到几个毫安的条件下进行的。注入离子的掩模是用二氧化硅、氮化硅或光抗蚀材料制成的，这些材料也常用于扩散图形的掩模。对于高能离子注入，有时需要淀积一层如金之类的金属薄膜图案，以提供有效的离子掩蔽。离子注入的一个重要的应用是，通过在沟道区中注入一个浅的而且精确的杂质离子浓度，可极为灵敏地控制MOSFET的域值电压。离子注入的另一个应用是在p型半导体衬底中可产生一个轻掺杂的n区（反之亦然），用这种方法可以

25、制备互补型MOSFET中的p沟道MOSFET。有关这方面的内容将在下面的章节中讨论。11.4 器件的隔离技术单片集成电路是在一块硅片上可包括大量晶体管。如图8.2b所示，一些n-p-n双极型平面器件制作在n型硅外延层中，显然，它们的集电区都是通过导体硅电连接在一起的。当然，一般来说，这不能满足电路的连接要求。因此，必需采用有效的措施把硅片上的许多器件彼此电隔离开来。通常有两种基本技术能满足这种要求：1、在各元件之间引入一个高阻抗的p-n结进行隔离；2、在各元件间生成一种非导电绝缘材料进行隔离。第一种方法是在n型外延层上的氧化物掩模中的开口处扩散出p型区，以便形成p型隔离的n型区（pocket）

26、，如图11.7a所示。目前已有其他一些稍有不同的扩散过程也可获得相同的隔离效果，且更为经济，集成密度更高。所有这些方法，电隔离都是通过阻抗高，漏电流小，反偏p-n结实现的。第二种方法是采用一层SiO2介质簿膜(1m)包围每一个n.区（pocket），把它与非晶硅衬底隔离开来，如图11.7b所示。第三种隔离方法是采用氧化膜和p-n结两种隔离。在能采用的地方尽可能采用SiO2绝缘隔离，因为它的介电常数大约比Si小3倍。这可使相互隔离的器件间的耦合电容比较低，因而提高了器件工作频率。这种隔离技术如图11.7c所示。图中斜影线所示为SiO2隔离区，不仅具有横向隔离的功能，而且减少了单个器件所占的表面积

27、。这是由于同发射区、基区和集电区相互连接的金属导轨之间的间隔更可能靠近的缘故。如果采用p-n结代替SiO2隔离，就必须要有更多的空间来防止p-n结的相互重叠和电短路（shorting out of ）。由于N-MOSFET中电流限制在源极和漏极之间的区域，所以包含有这些器件的集成电路不需要特殊的隔离技术，只需要一种类型的掺杂衬底。然而，就互补型（complementary）场效应管（CMOSFET）电路而言，N沟道器件需要制作在P型衬底上；而P沟道器件则需要制作在N型衬底上。因此，通常采用p-n结隔离，它允许在单一硅衬底上制备出N和P沟道MOSFET，如图11.8a所示。另一种用于CMOSFE

28、T隔离的方法是通过气相外延在晶形蓝宝石衬底上沉积一层单晶硅簿膜。由于蓝宝石是一种良好的绝缘材料，且其晶格常数与硅匹配很好。硅隔离岛是通过化学刻蚀去除掉器件间的硅簿膜来产生的。然后，在硅薄膜上依次扩入n和p型杂质，制备出如图11.8b所示的隔离器件。11.5 集成电路器件 半导体芯片表面的集成电路微型器件结构是由光刻技术勾绘出来的。硅集成电路器件制作工艺的第一步是用一种液态光敏材料涂覆在氧化过的外延硅片上。这种材料常称之为光刻胶，它通常能是一种在二甲苯（xylene）之类溶剂中的聚合物(poly(vinyl alchohol)。接着，将光刻胶中的溶剂烤干使其硬化。然后，将涂有光刻胶的硅片放在负的

29、照相玻璃板（photographic negative glass plate）下，这个照相底版上已刻有要转移到氧化物膜上去的器件图形，形成了透明与不透明的区域。接着，用这个掩模板覆盖的硅片在紫外光辐射下暴光。在紫外光照射区域上的聚合物抗蚀剂变成相互交连，在二甲苯等溶剂中不可溶；而受到遮蔽没有光照射过的聚合物在溶剂中是可溶的。经溶剂冲洗，即显影，在硅片氧化物上留下所需要的光刻胶图形。然后，用HF酸缓冲溶液对硅片进行腐蚀， HF酸可以溶解没被光刻胶保护的二氧化硅，因此，可以选择性的去除某些区域的氧化物，而受光刻胶保护的那些区域的氧化物被保留下来。用这种方法制备得到的氧化物掩模层在以后可以有选择的

30、阻止掺杂剂如B，P等的扩散，这种扩散是将硅片置于这些杂质的气相中，在1000C以上的温度下进行的。金属化结构的光刻同氧化物图形的制作类似，它是在整个硅片沉积金属层，然后用光刻胶保护，采用合适的酸去除不需要的金属。通常采用的金属是铝和耐高温金属，多晶硅和金属硅化物也可用于器件的金属化互连系统。以上描述的基本过程可依次重复，制造出最终的集成电路器件结构。制造单片硅集成电路器件的一系列的典型步骤如图11.9所示。器件结构的分辨率是受投射在掩模板上的辐射光源的波长限制的。根据光学的拇指 （thumb）规律：所能获得的最细线宽基本等于暴光光刻胶所用的辐射波长。采用远紫外线（0.2-0.3m）所能得到的图

31、形线宽为0.5m。对于线宽尺寸更小的器件，可采用电子束辐射，因为固有的电子波长可以达到几个埃。光刻工艺本质上允许基本的微型电路能在一个直径6英寸或更大的半导体晶片上重复几千次以上。图11.9中所描述的所有工艺步骤都可批量生产。这说明了微芯片集成电路制备技术具有重要的经济优势，每一个晶片上能制备成千上万的电路，并且许多晶片可一次性加工；每个电路中可以包含几十万个诸如晶体管之类的器件。在半导体晶片处理完成以后，进行划片并分离成分立的电路芯片，芯片边长一般为几mm或更大一些。然后这些芯片采用半自动机械方法单独进行封装和引线焊接，不再是批量生产。因此，后道工艺大大增加了制造成本，目前已经研究发展了一些

32、工艺技术，可一次性把所有引线焊接好，并可批量生产。梁式引线（beam-lead）技术是其中的一个工艺，一次可同时电渡所有的引线，从14到上百根引线。上述描述的微型芯片加工工艺适用于任何半导体材料的集成电路制造。图11.9为硅双极型晶体管IC微芯片制造工艺过程的示意图。Si MOSFET 集成电路的制造在许多方面具有相似的工艺，但较为简单。GaAs微芯片数字IC的制作最近已经实现。这些电路的基本模块是MESFET。用GaAs或其他化合物半导体制作的光学耦合ICs正在研究发展之中。虽然具体的制造技术不同，但是光刻技术常用于微结构的勾画以及其他几个制备工序，它们在结型制作中已作描述。对于GaAs，由于缺少自然的、稳定的绝缘氧化物，以及在GaAs表面存在高密度的表面态，MOSFET技术显然是不可行的。但是，对GaAs ICs的主要兴趣是由于GaAs与Si相比具有更高的电子迁移率和峰值速率。至此，我们已描述了集成电路的制造工艺，下面将讨论集成电路中的各种元器件。着重强调单片集成电路中的各种器件和相应的分立器件间的差异。11.5.1 硅集成晶体管和二极管