1.衬底的选择

无论是TTL还是MOS型，制作过程中一般选择p型衬底。

因为空穴的有效质量小，迁移率小，从而更不容易导电，相对n型材料来说，电阻率要高。

作为p型衬底，一般接地电位，与外延层形成反偏pn结。

如果p型衬底重掺杂，意味着反偏pn结的势垒升高，空间电荷区变窄，冶金结处的电场增大，载流子在经过反向pn结的时候会获得更高的能量，从而更容易发生雪崩击穿。

就击穿电压来说，应该选择低掺杂的衬底。

然而衬底若是低掺杂，相对重掺杂的情况而言，衬底与外延层所形成的空间电荷区会向低掺杂的一侧扩展，这意味着外延层会向低掺杂的衬底扩展。

所以，衬底的掺杂浓度应该选的合适，有合适的电阻率。

对于CMOS工艺来说，甚至会选择P+/P外延层作为衬底，抑制闩锁效应。

2.集电区与埋层

典型的NPN型管的集电区掺杂浓度为1e15 cm-3，这远小于硅的原子密度（5e22 cm-3），属于轻掺杂。

而纵向NPN管的集电区就是外延层，轻掺杂的N型外延层意味着当集电结反偏时，势垒电容小，击穿电压高，并且不会向衬底下推太深。

但是轻掺杂的外延层却有一个严重的缺点，电阻率高。

平面工艺中集电极从芯片表面引出，导致本来电阻率就高集电区的电阻更高。

解决办法就是在p型衬底与n型外延层之间增加N+埋层。

重掺杂的埋层，电阻率低，集电极电流会沿着电阻率低的埋层到基区下侧。埋层改变了集电极电流路径，相当于减小了串联电阻。必要时，可以增加深磷扩散，进一步减小集电极串联电阻。

另外，埋层也减小了寄生pnp晶体管的影响。

由于加了埋层，使基区靠近集电区一侧的空穴势垒升高，对空穴来说是减速场，即空穴穿过基区的时间变长，在基区和基区的多子电子发生复合的几率增大，导致寄生PNP管的电流增益下降，减小了寄生PNP管的影响。

http://s9/middle/7bf0c30fha6ead9416518&690

3.局部氧化与场区注入

在CMOS工艺过程中，会存在寄生MOS管。为了减小寄生MOS管对电路的影响，防止寄生MOS开启，需要使场区上面的场氧化层较厚，从而提高寄生MOS管的阈值电压。场区氧化使场氧化层向衬底下推，从而减缓了芯片的表面台阶，提高了布线的可靠性。

为了进一步提高寄生MOS管的开启电压，可以在场区光刻之后，场区氧化之前做场区注入。P型衬底的场区用P+注入，N阱的场区用N+注入，从而提高了寄生MOS管氧化层下面的杂质浓度，使更难形成载流子的反型层，即寄生MOS管的阈值电压增大。

由于做了场区注入提高寄生MOS管的阈值电压，那么后续工艺场区氧化时就没有必要将氧化层做的太厚，进一步降低了表面台阶。

场区注入的另一个作用就是抑制闩锁效应。

闩锁效应形成的关键在于四层pnpn结构的中间pn结，对应于CMOS电路就是p型衬底和N阱，而这个pn结一直处于反偏状态。

正常情况下，四层pnpn结构形成的闸流管，其等效的npn管和pnp管都处于截止状态，只要npn管和pnp管的其中一个发射结正偏，引发闩锁效应的几率就大增。发射结正偏之后会使npn管和pnp管进入正向有源模式，进一步使衬底和N阱的pn结正偏，这时候npn管和pnp管都进入饱和状态，即SCR结构的低电压，高电流情况，高电流会使芯片烧毁。

场区注入会使衬底和N阱的表面掺杂浓度增大，N阱相当于pnp管的基区，P型衬底相当于npn管的基区，基区重掺杂意味着有效基区宽度变宽，晶体管增益变小；同时，重掺杂会使N阱和P型衬底的电阻率降低，从等效电路上看，发射极和基极之间并联的电阻减小，进一步地，相当去短接发射极和基极，这就意味着两个管的发射结难以正偏，从而抑制了闩锁效应的形成。

http://s3/middle/7bf0c30fha6eadac57472&690

4.LDD注入

所谓LDD注入，即轻掺杂漏注入，是指在形成MOS管的源漏区之前，将MOS管的漏区先做轻掺杂，然后再做源漏区注入。

由于LDD注入会将整个MOS工艺变得复杂，为了降低工艺复杂度，在做LDD注入的同时会将MOS管源区一起做轻掺杂注入。

http://s12/middle/7bf0c30fha6eaeab2eb7b&690

以NMOS管为例，NMOS管的源区接的是低点位，而漏区接的是高电位，MOS管工艺的结果是在沟道靠近漏区的地方场强变得很高，这在器件尺寸越来越小时更为显著。结的击穿电压与电场强度成正比，靠近漏区处的高场强意味着漏极处更容易发生击穿，并且寄生的双极型晶体管的影响也更加显著。

进行轻掺杂漏注入后，MOS管的漏极和沟道区之间有一段轻掺杂区，从而使反偏pn结空间电荷区的场强峰值降低，不容易发生击穿。

MOS管尺寸越小，短沟道效应也会越显著，即栅所控制的反型电荷减少，意味着更容易出现反型沟道，阈值电压（绝对值）变小。

而进行LDD注入之后，适当的加宽了源漏区之间的距离，也就减小了短沟道效应的影响。

LDD注入还会减小热载流子效应的影响。

仍以NMOS管为例。反偏的衬底-漏pn结在漏极重掺杂时很容易发生击穿，由于漏极和栅有交叠（漏区注入后的横向扩散），栅上的正偏压产生一个从栅指向漏的电场。反偏的衬底-漏pn结在雪崩击穿时，产生的电子会沿着此电场的反方向运动，即向栅运动。重掺杂时反偏pn结的电场也很强，从而使雪崩击穿产生的电子和空穴在电场的加速下获得了很高的能量，通常称之为热载流子。其中的热电子向栅运动，高能热电子在穿过硅-二氧化硅界面时会留下很深的界面态，一部分热电子留在了栅氧化层中，另一部分能量极高的热电子会穿过氧化层到达栅极。

深的界面态会使MOS管的C-V特性曲线变得平缓，对增强型的NMOS来说，平带电压降低，阈值电压升高。同时会使载流子在沟道中运动时更容易受到表面散射的影响，即沟道中载流子的迁移率降低，漏电流降低，从而MOS管的增益下降。

残留在栅氧化层中的热电子使栅氧化层带负电荷，从而使阈值电压向正向移动（增大）。

而到达栅极的热电子所引入的栅电流会长时间存在，从而产生负的充电效应。

进行LDD注入后，栅与漏极的交叠区域为轻掺杂区域，最大电场减小了，从而减小了碰撞电离产生的热载流子，并且低电场难以获得高能量，也就不会发生热电子穿透栅氧化层所带来的不良影响，从而降低了热电子效应。

吾乃阿尔法，最先和最后