半导体工艺技术范例(3篇)

半导体工艺技术范文篇1

【关键词】半导体企业；生产管理；技术展望

现阶段，半导体行业基本处于国外的技术垄断之下，虽然近年来在国家政策的大力扶持下，国内半导体企业顽强生长，取得了不错的发展成就，但距离打破国外技术垄断仍有一段差距。对此，国内半导体企业必须加强生产管理，同时积极开展新技术的研发工作，努力发展自主知识产权，促进本土半导体行业的健康快速发展。

1半导体企业生产的常见问题

1．1产品良率控制方面

作为高新技术行业，半导体行业的良品控制与技术先进性密切相关，但当前半导体生产的核心技术基本被国外企业所把持，而国内半导体企业的良品率一直处于较低水平。特别是在新上设备、制程转换的过程中，产品良率控制更是容易出现大的问题。例如，某半导体公司对2013年度的晶圆报废情况进行了统计，发现个别月份的晶圆报废数量特别多，通过对生产记录的进一步追溯，确定问题主要出现在三个方面:一是新设备安装后调试不当;二是产品制程转换中有个别问题未处理到位;三是设备保养出现疏忽。

1．2生产瓶颈方面

机台生产能力不足是导致企业产能瓶颈的主要原因，同时也是非常辣手的一个问题。在半导体生产中，需要对各机台的生产能力进行统筹协调，做好排产工作，但现实生产中经常受到各方面因素的干扰，使得原有的排产计划被打乱，各机台之前的生产平衡被打破，进而出现个别机台的积压现象。此外，在实际生产过程中，不同设备的保养进度可能并不一致，当个别设备需要临时保养时，就需要其他机台超负荷运作以保证产能稳定，但这样一来就很可能导致产品质量问题的增多。

1．3设备故障方面

设备故障会给企业带来巨大的经济损失，除了故障处理带来的维修费用投入外，故障多发还会导致产品交期滞后，影响企业的对外形象。同时，设备故障会使原来流畅的生产线遭到破坏，并使员工工作量大幅增加，导致员工工作积极性下降，生产管理难度增大。此外，一些关键设备的停滞还会对那些有连续生产需求的元件质量造成巨大影响，考虑到半导体行业的特殊性，这些产品的质量一旦出现问题就只能予以报废。

2半导体企业生产管理的强化

2．1质量管理体系建设

首先，企业要加强质管队伍的管理和建设，要求质管部门及人员严格依据质量监测方案的有关要求开展各项工作，深入总结半导体生产的质量控制要素，并从事前、事中、事后三个方面制定相应的质量监管计划，全面做好日常的质量监督工作。其次，加强硬件设备投入，加快技术改造进程，紧跟国家相关计量技术法规变化，不断提高硬件标准，保证企业具有足够的检测能力。与此同时，紧抓员工教育与管理，增强各级人员的质量控制意识，为企业生产管理奠定人力保障。最后，建立健全管理评审制度，对企业生产管理情况进行实事求是的评价，并提出相应的改进意见，促进企业质量管理体系的不断发展与完善。

2．2加强自主创新

自主创新既是企业自身发展的需要，也是国家战略发展的客观需求。当前我国半导体企业在技术创新方面的主体意识淡薄、资金投入不足、自有知识产权匮乏、产品利润率低下，在国际半导体市场中没有形成自己的核心竞争力。今后，国内半导体企业应加强自主创新研究，努力掌握拥有自主知识产权的核心技术，争取早日摆脱国外知识产权压迫。在这方面，可以借鉴我国知名企业华为的发展经验，华为每年在技术研发上的投入多达几十亿美金，占公司总收入的15%左右，在充足的研发经费支持下，华为每年都要申请大量专利，并且掌握了大量的核心技术，这为华为参与国际竞争提供了有力的技术和专利支撑。

2．3完善设备管理

为保证生产计划的顺利实施，需要企业加强生产设备的动态管理，提前预知并积极应对设备故障。为此，企业要实时获取设备运行的相关数据，包括PCS(统计控制系统)数据、KPP(关键工艺参数)数据、CPP(控制工艺参数)数据等，这些数据通常反映了设备的运行现状，如光刻机的雕刻位置与切口宽度等，通过分析这些数据就能实现对设备运行状态的持续跟踪与监控。一般情况下，上述数据都会自动保存导半导体设备的日志文件中，企业要做好相关日志文件的搜集、整理和分析工作，同时辅以相关设备状态检测理论及方法，对产品生产过程进行实时监控，确保设备始终处于最佳运行状态下。在具体的设备管理方法上，目前较常采用的方法是计划驱动管理模式，即根据设备运行状态及企业排产计划合理设定检修日期，对不同设备的维护保养进行统一协调和规划，保证生产计划顺利执行。除上述基本方法外，还有基于设备利用率的动态管理方法、基于扰动的生产准备管理方法等，在实际生产过程中，企业应灵活运用以上方法，尽可能降低设备因素对企业生产管理的影响。

3半导体企业生产新技术展望

近年来，国际半导体技术工艺不断发展，如何在控制成本的同时稳定缩小芯片尺寸成为半导体行业的竞争焦点。当前，国外半导体企业已经全面实现14nm量产，10nm量产工艺也已推出，虽然实际产能表现并不理想，但也在稳步改进之中，预计近期内即可完善。多年以来，提高光刻分辨率的渠道主要有三种:缩短曝光波长、增大镜头数值孔径NA、减少K1，但随着芯片尺寸的不断缩小，传统光刻技术逐渐达到技术瓶颈，当前采用的193nm光刻技术以及多重曝光技术已不太可能有更大作为，并且在10nm水平已经表现出了良品率低的问题，今后EUV光刻成为支持芯片尺寸继续缩小的重要技术方向。此外，除了缩小尺寸，半导体行业面临的其他关键技术工艺还包括450mm硅片、TSV3D封装、FinFET结构、III－V族作沟道材料等，以上每一项技术的新进展，都将带动半导体行业的进一步发展。

4结语

综上所述，半导体是国家重点扶持的高新技术产业之一，同时也是我国高新技术领域的一大短板。针对当前国内半导体企业生产的常见问题，应从以下方面入手:加强质量管理体系建设、加强自主创新、完善设备管理，在提高企业生产管理水平的同时，掌握更多拥有自主知识产权的核心技术，促进我国半导体行业健康持续发展。

参考文献:

［1］刘光华，戴敏洁．半导体生产的质量管理与质量控制［J］．文摘版:工程技术，2016(04)．

［2］杨立功，于晓权，李晓红，罗俊．半导体可靠性技术现状与展望［J］．微电子学，2015(03)．

半导体工艺技术范文

改革开放以来，经过大规模引进消化和90年代的重点建设，目前我国半导体产业已具备了一定的规模和基础，包括已稳定生产的7个芯片生产骨干厂、20多个封装企业，几十家具有规模的设计企业以及若干个关键材料及专用设备仪器制造厂组成的产业群体，大体集中于京津、沪苏浙、粤闽三地。

我国历年对半导体产业的总投入约260亿元人民币（含126亿元外资）。现有集成电路生产技术主要来源于国外技术转让，其中相当部分集成电路前道工序和封装厂是与美、日、韩公司合资设立。其中三资企业的销售额约占总销售额的88%（1998年）。民营的集成电路企业开始萌芽。

设计：集成电路的设计汇集电路、器件、物理、工艺、算法、系统等不同技术领域的背景，是最尖端的技术之一。我国目前以各种形态存在的集成电路设计公司、设计中心等约80个，工程师队伍还不足3000人。2000年，集成电路设计业销售额超过300万元的企业有20多家，其中超过1000万的约10家。超过1亿的4家（华大、矽科、大唐微电子和士兰公司）。总销售额10亿元左右。年平均设计300种左右（其中不到200种形成批量）。

现主要利用外商提供的EDA工具，运用门阵列、标准单元，全定制等多种方法进行设计。并开始采用基于机构级的高层次设计技术、VHDL，和可测性设计技术等先进设计方法。设计最高水平为0.25微米，700万元件，3层金属布线，主线设计线宽0.8-1.5微米，双层布线。[1]目前，我国在通信类集成电路设计有一定的突破。自行设计开发的熊猫2000系列CAD软件系统已开发成功并正在推广。这个系统的开发成功，使我国继美国、欧共体、日本之后，第四个成为能够开发大型的集成电路设计软件系统的国家。目前逻辑电路、数字电路100万门左右的产品已可以用此设计。

前工序制造：1990年代以来，国家通过投资实施“908”、“909”工程，形成了国家控股的骨干生产企业。其中，中日合资、中方控股的华虹NEC（8英寸硅片，0.35-0.25微米，月投片2万片），总投资10亿美元，以18个月的国际标准速度建成，99年9月试投片，现已达产。该工程使我国芯片制造进入世界主流技术水平，增强了国内外产业界对我国半导体产业能力的信心。

在前8家生产企业中，三资企业占6家，总投资7.15亿美元，外方4.69亿美元，占66%.目前芯片生产技术多为6英寸硅片、0.8-1.5微米特征尺寸。7个主干企业生产线的月投片量已超过17万片，其中6～8英寸圆片的产量占33％以上。

目前这些企业生产经营情况良好。2000年，七个骨干企业总销售额达到56亿元人民币，利润7.5亿元，利润率达到13%.同年全国电子信息产业总销售额5800亿元人民币，利润380亿，利润率6.5%.

封装：由于中国是目前集成电路消费大国，同时国内劳动力、土地资源价格相对便宜，许多国外大型集成电路生产企业在中国建立了合资或独资集成电路封装厂。

国内现有封装企业规模都不大，而且所用芯片、框架、模塑料等也主要靠进口，因此大量的集成电路封装产品也只是简单加工，技术上与国际封装水平相差较远。主要以DIP为主，SOP、SOT、BGA、PPGA等封装方式国内基本属于空白。

集成电路封装业在整个产业链中技术含量最低，投入也相对较少（与芯片制造之比一般为10：1）。我国目前集成电路年封装量，仅占世界当年产量的1.8%～2.5%，封装的集成电路仅占年进口或消耗量的13%～14.4%，即中国所用85%以上的集成电路都是成品进口。

2000年，我国集成电路封装业的销售收入超过130亿元，其中销售收入超过1亿元的14家，全年封装电路近45亿块，其中年封装量超过5亿块的5家。

材料、设备、仪器：围绕6英寸芯片生产线使用的主要材料（硅单晶、塑封料、金丝、化学试剂、特种气体等）、部分设备（单晶炉、外延炉、扩散炉、CVD、蒸发台、匀胶显影设备、注塑机等）、仪器（40MHz以下的数字测试设备、模拟测试设备及数模混合测试设备）、部分仪器（40MHz以下的数字测试设备、模拟测试设备及数模混合测试设备）国内已能提供。

芯片制造设备，我国只具备部分浅层次设计制造能力，如电子45所已有能力制造0.5微米光刻机等。

半导体分立器件：2000年，全年分立器件的销售额60亿，产量341亿只。

供需情况和近期发展形势

20世纪90年代，我国集成电路产业呈加速发展趋势，年均增长率在30%以上。2000年，我国集成电路产量达到58.8亿块，总产值约200亿人民币（其中设计业10亿，芯片制造56亿，封装130亿）。如果加上半导体分立器件，总产值达到260亿元。预计2001年，集成电路产量可达70亿块。

2000年，全球半导体销售额达到1950亿美元，我国半导体生产从价值量上看，占世界半导体生产的1.6%（含封装、设计产值），从加工数量看占全世界份额不足1%（美国占32%，日本占23%）。

从需求方面看，据信息产业部有关人员介绍，2000年，国内集成电路总销售量240亿块，1200亿人民币。业内普遍估计，今后10年，半导体的国内需求仍将以20%的速率递增，估计2005年，我国集成电路国内市场的需求约为300亿块、800亿元人民币；2010年，达到700亿块、2100亿元人民币。

从近几年统计数字分析看，国内生产芯片（包括外商独资企业的生产和在国内封装的进口芯片）占国内需求量的20%～25%，但国内生产部分的80%为出口，按此计算，我国集成电路产业的自给率仅4%～5%.但是，有两个因素影响了对芯片生产自给率的准确估计。首先是我国集成电路的产品销售有很大一部分通过外贸渠道出口转内销，据信息产业部估计，出口转内销约占出口量的一半。如此推算，国内半导体生产满足国内市场的实际比重在12%～15%.实际上，国内生产的芯片质量已过关，主要是缺乏市场信任度，而销售渠道又往往掌握在三资企业外方手中。

但芯片走私的因素，可能又使自给率12%～15%的估计过分夸大。台湾合晶科技公司蔡南雄指出：官方统计，1997年中国大陆进口集成电路和分立器件约50亿美元，但当年集成电路进口实际用汇达95.5亿美元。[2]近几年大力打击走私，这一因素的作用可能有所减弱。但无论如何，我国现有半导体产业远远落后于国内需求的迅速增长则是不争的事实。

由于核心部件自给能力低，我国的电子信息产业成了高级组装业。著名的联想集团，计算机国内市场占有率是老大，利润率仅3%.我国电子信息制造业连年高速增长，真正发财的却是外国芯片厂商。

由此，进入1990年代以来，我国集成电路进口迅速增长。1994～1997年，集成电路进口金额年均递增22.6%；97年进口金额为36.48亿美元，96.06亿块。[3]1999年，我国集成电路进口75.34亿美元，出口（含进料、来料加工）18.89亿美元。

2000年6月，国家《软件产业和集成电路产业的发展的若干政策》（国发18号文件）。在国家发展规划和产业政策的鼓舞下，各地政府纷纷出台微电子产业规划，其中上海和北京为中心的两个半导体产业集中区，优惠力度较大，投资形势也最令人鼓舞。目前累计已开工建设待投产的项目，投资总额达50亿美元，超过我国累计投资额的1.5倍，未来2-3年这几条线都将投入量产。

·天津摩托罗拉：外商独资企业，总投资18亿美元，在建。2001年5月试投产，计划11月量产。

·上海中芯：1/3国内资金，2/3台资（第三国注册）。投资14亿美元。2001年11月将在上海试投产。

·上海宏立：预计2002年一季度投入试运行，16亿美元。

·北京讯创：6寸线，投资2亿美元。

·友旺：在杭州投资一条6寸线，10亿人民币左右，已打桩。

目前我国半导体产业和国际水平的差距

总体上说，我国微电子技术力量薄弱，创新能力差，半导体产业规模小，市场占有率低，处于国际产业体系的中下端。

从芯片制造技术看，和国际先进水平的差距至少是2代。[4]尽管华虹现已能生产0.25微米SDRAM，接近国际先进水平（技术的主导权目前基本上还在外方手中），国内主流产品仍以0.8-1.5微米中低端低价值产品为主。其中80%～90%为专用集成电路，其余为中小规模通用电路。占IC市场总份额66%的CPU和存储器芯片，我国无力自给。

我国微电子科技水平与国外的差距，至少是10年。[5]现有科技力量分散，科技与产业界联系不紧密。产业内各重要环节（基础行业、设计、制造工艺、封装），尚未掌握足以跨国公司对等合作的关键技术专利。

半导体基础（支撑）行业落后：目前硅材料已有能力自给，各项原料在不同程度上可以满足国内要求（材料半数国产化，关键材料仍需进口）。

但如上所述，几乎所有尖端设备，我们自己都不能设计制造，基本依赖进口。业内认为我国半导体基础行业和国际水平差距约20年。

一般地说，西方对我引进设备放松的程度和时机，取决于我国自身的技术进展，所以我国半导体设备技术的进步，成为争取引进先进设备的筹码（尽管代价高昂）。如没有这方面的工作，设备引进受到限制，连参与设备工艺的国际联合研制的资格也没有（韩台可以参与）。

已引进的先进生产线，经营控制权不在我手中，妨碍电路设计和工艺自主研发现有较先进的集成电路生产线（包括华虹NEC、首钢NEC），其技术、市场和管理尚未掌握在中国人手中。其原因是“自己人”管理，亏损面太大。现有骨干企业不是合资就是将生产线承包给外人，技术和经营的重大决策权多在外方代表手中。经营模式还没有跳出“两头在外”模式。

这也说明，我国现有国有企业经济管理机制，尽管有了很大进步，但还没有真正适应高科技产业对管理的苛刻要求，高级技术人才和营销人才更是缺乏。

“某厂…最赔钱的×号厂房，包出去了。这也怪了。台湾人也没有带多少资金技术，还是原来的设备和技术，就赢利。

“我问承包人，人还是我们的人，厂房技术还是我们的，为什么你们一来就行了？他说”体制改变了“。我问体制改了什么，是工资高了？也不是。他们几个人就是搞市场。咱们中国市场之大，是虚的。让人家占领的。

“10多年前我在美国参观，他们的工厂成品率是90%多，我们研究室4K最高时成品率50%多，当时这个成绩，全国轰动。我参观时问，你们有什么诀窍做到90%多？美国人说没有什么诀窍，就是经常换主管，新主管要超过上一任，又提高一步。主管到了线里，就是general，…说炒就炒。咱们国家行吗？我们这些领导都是孙子…半导体的生产求非常严格的纪律。没有这个东西绝对不行。你想100多道工艺，每一道差1%，成品率就是零。所以这个体制，说了半天没有说出来，一是市场，一是管理。”[6]但无论如何，我们半导体产业的“管理”和“市场”这两大门坎，是必须跨过去的。深化国企改革、发挥非国有经济的竞争优势，在半导体领域同样适用。

由于没有技术和经营控制权，导致我们的半导体产业遇到两方面困难。首先，国内单位自行设计的专用电路上线生产，必须取得生产厂家的外方同意，有的被迫转向海外代工，又多一道海关的麻烦；关系国家机密的芯片更无法在现有先进生产线加工（或者是外方以“军品”为名拒绝加工，或者是我方不放心）。

其次，妨碍了产学研结合、自主设计和研发工艺设备。例如中国科学院微电子中心已达到0.25微米工艺的中试水平，但因先进工厂的经营权不在自己手中，无法将自有工艺研究成果应用于大线试生产。

工艺技术是集成电路制造的关键技术。如果我方没有自主设计工艺的技术能力，即使买了先进生产线也无法控制。目前合资企业中，中方职工可以掌握在线的若干产品的工艺技术，但无法自主开展工艺技术研究。5年后我方将接管华虹NEC，也面临自己的工艺技术能否顶上去的问题。工艺科研领域目前所处的困境如不能及时摆脱，则仅有的研究力量也会逐渐萎缩，如果不重视工艺技术能力的成长，我们就无法掌握芯片自主设计生产能力。

设计行业处于幼稚阶段由于专业电路市场广阔，目前国内各种类型的设计公司逐渐增加。但企业普遍规模偏小、技术水平较低，缺乏自主开发能力。

由于缺乏技术的积累，我国还远没有形成具有自主知识产权的IP库，与国外超大规模IC的模块化设计和S0C技术差距甚远。设计软件基本用外国软件，即使设计出来，也往往因加工企业IP库的不兼容而遭拒绝。

集成电路的设计与加工技术是相互依存的。因为我国微细加工工艺水平落后，人才缺乏，目前不具备设计先进电路的水平，更没有具备设计CPU及大容量存储器的水平。也有的客户眼睛向外，不愿意在国内加工，但到国外加工还要受欺负。尽管我们花了100%的制版费，板图也拿不回来。

超大规模集成电路的设计，难度最大的是系统设计和系统集成的能力，最需要的人才是系统设计的领头人，这是我国最缺的人力资源。国内现有人才多数是设计后道的能力，做系统的能力差。国内现有环境，培养这样的人才比较难。

国内的设计制造行业，就单个企业来说很难开发需要高技术含量的超前性、引导性产品。多数民营中小企业只能跟在别人后面走仿制道路（所谓反向设计）。反向设计只能适应万门以下电路的设计开发。故目前还无法与国外先进设计公司竞争。

缺乏市场信任度由于总体技术水平低，市场多年被外国产品占领，自己的供给能力还没有赢得国内市场的信任，以致出现外商一手向国内IC厂定货，再转手卖给国内用户的现象。这是当前外（台）商大举在国内投资集成电路生产线的客观背景。

国内设计、制造的产品往往受到比国外产品更严格的挑剔，要打开市场需要更多的时间和精力，这就难免被国外同行抢先。半导体市场瞬息万变，竞争十分残酷，而我国对自己的半导体产业，似取过分自由放任态度，几乎完全暴露在国际竞争中。有必要对有关政策上给以重新评估。

我国电子整机厂多为组装厂，自己设计开发芯片的极少，由于多头引进，整机品种繁多，规格不一，批量较小，成本高。另外，象汽车电子、新一代“信息家电”等产品市场很大，但需要高水平且配套的芯片产品，而我国单个电路设计企业无力完成，设计和生产能力还尚待磨合。如欲进军这方面的市场，需要高层有明确的市场战略和行业级的协调。我国微电子行业目前因技术能力所限，可适应市场领域还比较狭窄，又面临着国际市场的巨大压力。要争得技术和资本的积累期和机会，必须有政府的组织作用。

还没有形成完整的产业体系从整体看，我国半导体产业还没有形成有机联系的生态群，或刚刚处于萌芽状态，产业内各环节上下游间互补性薄弱。目前少数先进生产能力，置于跨国公司的全球制造～营销体系内，外（台）商做OEM接单，来大陆工厂生产，国内芯片厂商被动打工。国家体制内的科研力量和现有生产体系的结合渠道不顺畅，国内科技型中小型民营（设计）企业和大型制造企业的互补关系正在建立中。

“集成电路设计与生产都需要有很强的队伍，能够根据国内整机的需要设计出产品，按照我们的工艺规则来生产。他的设计拿过来我们能做，做好了能够测试，测试以后能够用到整机单位去应用。这条路要把它走通。另外还有一批人能够打开市场。其他的暂时可以慢一点。”[7]所以，目前我国微电子领域与国际水平的差距，并非单项技术的差距，而是包括各环节在内的系统性的差距。单从技术和资金要素来看，“908”“909”工程的实践，可以说是试图以类似韩国的大规模投资来实现生产技术的“跨越”。但实践证明，单项发展，不足以带动一个科技-产业系统的整体进步。不仅要克服资金、人才、市场的瓶颈，也要克服体制、政策的瓶颈，非此不能吸引人才，不能调动各方面的积极性。

我国半导体产业发展的现有条件

经过20年的发展和积累，特别是近年来我国电子信息产业的高速发展，半导体产业在我国经济、国防建设中的重要地位，以及加快发展的必要性，已基本形成共识。应该说，我国已经在多方面具备了微电子大发展所必须的条件。

首先是经过多年的引进和国家大规模投资，已形成一定产业基础，初步形成从设计、前工序到后封装的产业轮廓。广义电子产业布局呈现向京津地区、华东地区和深穗地区集中的态势，已经形成了几个区域性半导体产业群落。这对信息知识的交流，技术的扩散，新机会的创造，以及吸引海外高级人才、都十分重要。

技术引进和国内科研工作的长期积累，也具备了自主研发的基础。“909”工程初步成功，说明投资机制有了巨大进步，直接鼓励了外商投资中国大陆的热情。尤其在通讯领域，国内以企业为主导的研发机制取得了可喜发展。

半导体工艺技术范文

【关键词】标准CMOS；工艺；肖特基二极管；集成；设计；实现

随着射频无线通信事业的发展和移动通讯技术的进步，射频微波器件的性能与速度成为人们关注的重点，市场对其的需求也日益增多。目前，CMOS工艺是数字集成电路设计的主要工艺选择，对于模拟与射频集成电路来说，选择的途径有多种，例如Si双极工艺、GaAs工艺、CMOS工艺等，在设计中，性能、价格是主要的参考依据。除此以外，工艺的成熟度及集成度也是重要的考虑范畴。

1.概述

对于射频集成电路而言，产品的设计周期与上市时间的缩短都是依赖仿真精确预测电路性能的设计环境的功能。为了使设计环境体现出高效率，精确的器件模型与互联模型是必须要具备的，在设计工具中非常重要，对于射频与模拟技术，器件模型决定了仿真的精度。采用CMOS工艺，在射频集成电路上的应用时间还补偿，也使得在一些模型方面还不完善。对于射频CMOS集成电路而言，对其影响最大的是寄生参数，在低频环境下，由于对这些寄生参数的忽视，往往使电路的高频性能受到影响。肖特基二极管具有自身独特的优势，例如快速开关速度和低正向压降。由于这些优异的高频性能，他们有被广泛应用在开机检测离子和微波网络电路中。肖特基二极管通常制作的款式包括n型或p型半导体金属材料，如砷GaAs和SiC。正向偏置的肖特基二极管的性能是由多数载流子器件，少数载流子主要是确定这些p型或n型二极管的属性。为了改善高频性能和集成电路的电源电压减小到现代集成电路，集成的肖特基二极管是很重要的。但可以用于集成肖特基二极管的过程常常是没有现成的，不能和CMOS电路单片集成。以往根据其设计，在标准CMOS工艺基础上制造出肖特基二极管。在本文中，主要针对集成肖特基二极管的设计及实现进行描述，并且基于成本考虑，该标准CMOS工艺基础上肖特基二极管生产工艺不需要任何修改。所测量的结果也符合要求，在SPICE仿真模型中得到验证。

2.CMOS工艺技术

近几十年，因为CMOS技术的发展，也使得在制造射频集成电路时，采用CMOS技术得以实现。但是，因为CMOS制造工艺通常是以数字电路作为导向。面向数字电路设计的CMOS首先由芯片代工厂研发出来，注重功率耗散与时速。在数字CMOS工艺快速发展成熟以后，在其基础上，通过修改制程与添加掩膜层实现信号的混合及模拟射频CMOS工艺。传统CMOS工艺包含BJTs、MOSFETs以及各种电阻，如扩散电阻、多晶硅电阻及N阱电阻。但是，对于CMOS工艺而言，还应该涵盖各种高频无源器件，例如变容二极管、MIM电容、高Q值电杆及变压器等。同样，作为肖特基二极管来说，也是CMOS工艺技术的重要环节。例如，需要额外高能离子注入形成深注入N阱降低程度耦合与噪声系数。需要注意的是，尽管射频CMOS工艺是基于数字CMOS工艺而来，但其不仅仅是添加几层掩膜来实现高频无源器件，对于器件的性能而言，射频工艺与数字工艺的优化目标是不同的，在进行改进的时候，也有可能与传统的CMOS工艺发生冲突。

3.肖特基二极管的工作原理

之所以金属半导体能够形成对垒，主要原因是由于不同的功函数引起的。将金属的功函数定义为技术费米能级与真空能级间的能量差，表示一个起始能量与费米能级相等的电子由金属内部移向真空中所需要的最小能量。该能量需要克服金属晶格与被拉电子与其它电子间的作用，还有一个作用是用来克服金属表面存在的偶极矩。因此，功函数的大小在一定程度上可以表述电子在金属中被束缚的强度。和金属类似，半导体的功函数也被定义为费米能级与真空能级间的能量差，因为半导体的费米能级通常处于禁带中，禁带中一般没有电子，因此该功函数的定义就可以看做是将电子带导带或者价带移向真空能级需要的平均能量。对于半导体来说，还有一个很重要的参数，就是电子亲和能，表示板代替导带底的电子向外逸出所需要的最小能量。

对于肖特基势垒的形成而言，假设现有一块n型半导体和一块金属，两者具有相同的真空电子能级，假设半导体的功函数比金属的功函数小，同时，假设半导体表面无表面态，那么其能带到表面都是平直的。此时，两者就形成一个统一的电子系统，因为金属的费米能级比半导体的费米能级低，因此半导体中的电子就会流向金属，这样金属表面就会带负点，半导体带正电。所带电荷在数值上是等同的，因此对于整个系统来说，还是保持电中性，从而提高了半导体的电势，降低了金属的电势。如果电势发生变化，所有的电子能级及表面电子能级都会随之变化，使之趋于平衡状态，半导体和金属的费米能级在同一水平上时，电子的净流动不会出现。原来的费米能级的差异被二者之间的电势差进行补偿，半导体的费米能级下降。

4.肖特基二极管的设计和布局

这种设计是基于标准CMOS工艺下，通过MPW在0.35μm工艺中得到实现的。当金属层直接沉积到低掺杂n型或p型半导体区域，形成一个肖特基二极管。当这两种材料彼此接触，由于电势差的存在就会产生一个势垒高度，电子必须克服的电流才能流入。低掺杂的半导体上的金属的阳极和半导体动脉插管，通过欧姆接触在阴极上。在我们的设计中只使用n型肖特基二极管。跨节的Al-Si肖特基二极管如图1所示。

在该设计中，没有出现P+有源区在n阱接触下接触材料是铝面积（等于到dxd）。因此，金属层将直接连接到低掺杂n阱区。其结果是形成了的Al-Si的肖特基二极管接触。对于铸造工艺中需要确定的参数，例如密度、功函数等，只能通过对该区域的肖特基二极管进行控制得以实现，进行二极管的I-V曲线或者其它参数的修改。

根据标准CMOS工艺基础上的肖特基二极管的布局及设计。首先，为了降低肖特基二极管的串联电阻，肖特基和欧姆接触电极之间的距离按照设计规则被设置为最小允许的距离。其次，采用肖特基二极管布局的方法。交织式的布局为每一个串联电阻提供了并联连接的途径，这是肖特基接触的优势所在。

5.所制作的二极管的测定结果

根据MPW，对肖特基二极管的不同部位通过三种交织方法进行标准CMOS工艺下的0.35μm制造，并对测得的结果进行了讨论。

5.1I-V的功能

基于对串联电阻的考虑，肖特基二极管的IV功能可表示为：

通过拟合公式（3）和所测得的结果，我们可以得到实现SBD的方法，如表1的参数所示。

从表1中可以观察到，随着相互交织的树木的增多，串联电阻的阻值明显的降低。

为实现SBD的测量，势垒高度B的测量的统计结果如图3所示。在所测的90个样本中，SBD1、SBD2、SBD3各30个样本，从而求得实现SBD的势垒高度为0.44eV左右。

击穿电压是4.5V左右，在今后的工作中，在正常的SBD设计与生产中，击穿电压可以延长一些方法的使用，例如在自对准保护环境与SBD的制造过程中，

5.2C-V的功能

其中，Nd为掺杂浓度的n-阱，Φn是费米能级之间的电位差和导带边缘相等于（EC-Ef）/q。

图4显示了测得的反向偏压为SBD的C-V曲线。

5.3S参数测量和SBD高频建模

为了测量高频率的S参数设计的设备，每个SBD被放置了有三个探头焊盘。中间信号垫的大小是85μm×85μm和顶部/底部的的地面尺寸是85μm×135μm的。使用GSG探头和网络分析仪，我们可以得到S参数设计的SBD。但是，S参数的直接测量结果包括垫片、金属线和覆盖的寄生电容。对于设计的设备而言，尽管寄生参数是非常小的，但这些寄生参数是绝对不能被忽视的，在计算的时候应该将GSG探头直接测量的S参数减去。在本文所研究的设计中，我们制作两个虚拟的GSG信号垫作为测试装置，假如两个信号垫一个是伪GSG信号垫，一个是SBD信号垫，且两个信号垫同等大小。除此以外的虚拟信号垫都是开放的，这也就是我们所说的开放式信号垫。S参数由哑垫进行测量。接着就可以得到信号垫和金属线的寄生电阻和电容。将这些寄生参数减去，就能够得到S参数的无寄生电阻和电容。将这种方法称之为去嵌入技术。

使用测得的S参数可以抽象为高频模拟SPICE模型。图5显示SBD仿真离子模型的实现。L1和L2显示出的输入和输出串联电感。Ci和Co表示阳极输入输出电容和阴极节点。C1具有相互交织的肖特基二极管的两个端口之间的寄生电容。R1和R2为连接S参数下NWLL到地面下电阻的n-阱的模型。pn二极管反映的寄生虫n阱p-次二极管。在我们的设计中，可以用得到的pn二极管的参数通过标准CMOS工艺0.35μm的SPICE模型。

如图6所示，为S参数SBD1测量和模拟。表2给出了仿真离子模型的参数，频率SBD1从50MHz到40GHz，该模型可以匹配到30GHz的测量结果。

6.结束语

随着无线通讯具有的灵活性和高机动性的特点，其应用越来越广泛，也顺应了市场的需求。由于CMOS工艺在诸多的工艺中最为成熟、成本最低，却功耗最小，因此得到广泛的应用，随着技术的不断成熟，CMOS工艺基础上的肖特基二极管设计及实现也成为现实。也是未来射频集成电路发展的必然趋势。通过MPW在标准CMOS工艺制造的肖特基势垒二极管中的设计应用，可知铝硅接触的势垒高度约0.44eV。通过I-V，C-V和S参数测量可以实现SBD。通过本文所示，SBD设计的优势较为明显，最为显著的是设计成本较低，能够被广泛的应用与商业标准的CMOS工艺中。在以后的工作中，更多的重点将集中在标准CMOS工艺设计的SBD的反向击穿电压和频率范围扩展。

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