低功耗电路设计课件 第14讲：PMOS为例的半导体工艺流程
《mos管工作原理》ppt课件
用一个箭头表示一个mos管，箭头的一端是源极（s），另一端是漏极（d） ，中间是控制极（g）。
Mos管的开关原理
导通状态
当在控制极上加正电压时，氧化层下方的半导体层中的电子被排斥，形成一条从 源极到漏极的导电通道，电流可以通过这个通道流动。
关断状态
当在控制极上加负电压时，氧化层下方的半导体层中的电子被吸引，导电通道被 切断，电流无法通过。
《Mos管工作原理》ppt课件
2023-10-27
contents
目录
• Mos管简介 • Mos管的结构与原理 • Mos管的特性与参数 • Mos管的驱动与控制 • Mos管的应用实例 • Mos管的未来发展与趋势 • 总结与展望
01
Mos管简介
Mos管的概念
Mos管是金属氧化物半导体管的缩写，是一种具有极高开关 速度和低功耗的半导体器件。
Mos管在马达驱动中的应用
1 2
直流马达驱动
Mos管在直流马达驱动中作为开关器件，通过 控制电流的方向和大小来驱动马达运转。
步进马达驱动
步进马达驱动中，Mos管作为开关器件，控制 电流的方向和大小来驱动马达运转。
3
伺服马达驱动
伺服马达驱动中，Mos管作为开关器件，控制 电流的方向和大小来驱动马达运转。
集成元件控制电路
02
使用集成元件（如运算放大器、比较器等）构成开关控制电路
。
数字信号控制电路
03
使用数字信号（如TTL、CMOS等）构成开关控制电路。
Mos管的保护电路
过电压保护电路
当Mos管承受过电压时，保护电路可以保护Mos管不被损坏。
过电流保护电路
当Mos管承受过电流时，保护电路可以保护Mos管不被损坏。
半导体制造工艺流程(PPT97页)
半导体相关知识
• 本征材料：纯硅 9-10个9
250000Ω.cm
• N型硅： 掺入V族元素--磷P、砷As、锑
Sb
• P型硅： 掺入 III族元素—镓Ga、硼B
• PN结：
P
-
-
++ + ++
N
半 导体元件制造过程可分为
• 前段（Front End）制程 晶圆处理制程（Wafer Fabrication；简称 Wafer Fab）、 晶圆针测制程（Wafer Probe）；
衬底制备 一次氧化 隐埋层光刻 隐埋层扩散
外延淀积
基区光刻
再氧化
隔离扩散
隔离光刻
基区扩散 再分布及氧化 发射区光刻 背面掺金
热氧化 发射区扩散
铝合金
反刻铝
铝淀积
接触孔光刻 再分布及氧化
淀积钝化层 压焊块光刻
中测
横向晶体管刨面图
B
C E
P+
P N
P
P+
P
PNP
纵向晶体管刨面图
CBE P
N
NPN
N+ C
低的静态功耗、宽的电源电压范围、宽的输出电压幅 度（无阈值损失），具有高速度、高密度潜力；可与 TTL电路兼容。电流驱动能力低
半导体制造环境要求
• 主要污染源：微尘颗粒、中金属离子、有 机物残留物和钠离子等轻金属例子。
• 超净间：洁净等级主要由 微尘颗粒数/m3
0.1um I级 35 10 级 350 100级 NA 1000级 NA
SiO2
P+ N-epi P+ N-epi P+
半导体制造工艺课件(PPT 98页)
消除损伤
退火方式：
炉退火
快速退火：脉冲激光法、扫描电子束、连续波激 光、非相干宽带频光源(如卤光灯、电弧灯、石墨 加热器、红外设备等)
氧化工艺
氧化：制备SiO2层 SiO2的性质及其作用 SiO2是一种十分理想的电绝缘材料，
去掉氮化硅层
P阱离子注入，注硼
推阱
去掉N阱区的氧化层 退火驱入
形成场隔离区
生长一层薄氧化层 淀积一层氮化硅
光刻场隔离区，非隔离区被 光刻胶保护起来
反应离子刻蚀氮化硅 场区离子注入 热生长厚的场氧化层 去掉氮化硅层
形成多晶硅栅
生长栅氧化层 淀积多晶硅 光刻多晶硅栅 刻蚀多晶硅栅
掺杂的均匀性好 温度低：小于600℃ 可以精确控制杂质分布 可以注入各种各样的元素 横向扩展比扩散要小得多。 可以对化合物半导体进行掺杂
离子注入系统的原理示意图
离子注入到无定形靶中的高斯分布情况
退火
退火：也叫热处理，集成电路工艺中所有的 在氮气等不活泼气氛中进行的热处理过程都 可以称为退火
Salicide工艺
淀积多晶硅、刻蚀 并形成侧壁氧化层；
淀积Ti或Co等难熔 金属
RTP并选择腐蚀侧 壁氧化层上的金属；
最后形成Salicide 结构
形成硅化物
淀积氧化层 反应离子刻蚀氧化层，形成侧壁氧化层 淀积难熔金属Ti或Co等 低温退火，形成C-47相的TiSi2或CoSi 去掉氧化层上的没有发生化学反应的Ti或Co 高温退火，形成低阻稳定的TiSi2或CoSi2
氧化层刻蚀掉，并去掉光刻胶 进行大剂量As+注入并退火，形成n+埋层
半导体制造工艺流程课件
04
半导体制造的后处理
金属化
01
02
03
金属化
在半导体制造的后处理中 ，金属化是一个关键步骤 ，用于在芯片上形成导电 电路。
金属材料
通常使用铜、铝、金等金 属作为导电材料，通过物 理或化学沉积方法将金属 薄膜沉积在芯片表面。
连接电路
金属化过程将芯片上的不 同元件连接成完整的电路 ，实现电子信号的传输和 处理。
高纯度材料
半导体制造需要使用高纯度材料，以确保芯片的性能和可 靠性。然而，高纯度材料的制备和加工难度较大，需要克 服许多技术难题。
制程控制
半导体制造过程中，制程控制是至关重要的。制程控制涉 及温度、压力、流量、电流、电压等众多参数，需要精确 控制这些参数以确保芯片的性能和可靠性。
环境影响
能源消耗
半导体制造是一个高能耗的过程 ，需要大量的电力和能源。随着 半导体产业的发展，能源消耗也 在不断增加，对环境造成了很大 的压力。
废弃物处理
半导体制造过程中会产生大量的 废弃物，如化学废液、废气等。 这些废弃物如果处理不当，会对 环境造成很大的污染和危害。
碳排放
半导体制造过程中的碳排放也是 一个重要的问题。减少碳排放是 半导体产业可持续发展的关键之 一。
未来发展趋势
先进封装技术
随着摩尔定律的逐渐失效，先进封装技术成为半导体制造的重要发展方向。通过将多个 芯片集成在一个封装内，可以实现更小、更快、更低功耗的芯片系统。
沉积薄膜质量
影响沉积薄膜质量的因素包括反应温度、气体流量、压强等，需通 过实验优化获得最佳工艺参数。
外延生长
外延生长目的
在半导体材料表面外延生长一层单晶层，用 于扩展器件尺寸、改善材料性能和提高集成 度。
《半导体工艺概述》PPT课件
接触式 湿化学
扩散 离子注入
掺杂
开放式炉管—水平/竖置 封闭炉管
快速热处理 中/高电流离子注入
低能量/高能量离子注入
热处理
制程方法 加热
热辐射
具体分类 加热盘 热对流 快速加热
红处线加热
芯片制造的特点
超洁超净 半导体芯片尤其是高密度的集成电路，极易受到多种污染物的损害，主要体
现在器件成品率，器件性能，器件可靠性。 污染物：微粒、金属离子、化学物质、细菌
2、硼离子注入，形成 PMOS 源 、 漏 区 。 硼 离 子 注 入 剂 量 5*1015cm-2 ，能量100keV.
3、离子注入退火和推 进：在N2下退火，并将 源、漏区推进，形成 0.3~0.5微米深的源、 漏区。
化学气相淀积 磷硅玻璃介质 层
刻金属化的接触孔
磷硅玻璃回流，使 接触孔边缘台阶坡 度平滑，以利于金 属化。否则在台阶 边缘上金属化铝条 容易发生断裂。在 N2气氛下，1150℃ 回流30分钟。
利用氮化硅掩蔽氧 化的功能，在没有 氮化硅、并经硼离 子注入的区域，生 长一层场氧化层， 厚度400nm
去除N阱中非PMOS有 源区部分的氧化硅 和氮化硅，这部分 将是场区的一部分 。
对N阱中场区部分磷 离子注入，防止寄 生沟道影响。
一般采用湿氧 氧化或高压氧 化方法生长一 层1微米厚的 SiO2
首 先 生 长 缓 冲 SiO2 薄层，厚度600nm， 目的是减少淀积的 氮化硅与硅衬底之 间的应力。
其次低压CVD氮化硅 ，用于掩蔽氧化， 厚度100nm
确定NMOS有源区：利 用第二块掩膜版，经 曝光、等离子刻蚀， 保留NMOS有源区和N 阱区的氮化硅，去掉 场区氮化硅，NMOS场 区硼注入，剂量 1*1013cm-2，能量 120keV，防止场区下 硅表面反型，产生寄 生沟道。
半导体制造流程PPT课件
2019/9/10
3
晶圆处理制程
融化（MeltDown）
颈部成长（Neck Growth）
晶柱成长制程
晶冠成长（Crown Growth）
晶体成长（Body Growth）
尾部成长（Tail Growth）
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4
晶圆处理制程
切片 （Slicing）
圆边 （Edge Polishin
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16
晶圆处理制程
• 离子注入是另一种掺杂技术，离子注入掺杂也分为两 个步骤：离子注入和退火再分布。离子注入是通过高 能离子束轰击硅片表面，在掺杂窗口处，杂质离子被 注入硅本体，在其他部位，杂质离子被硅表面的保护 层屏蔽，完成选择掺杂的过程。进入硅中的杂质离子 在一定的位置形成一定的分布。通常，离子注入的深 度(平均射程)较浅且浓度较大，必须重新使它们再分 布。掺杂深度由注入杂质离子的能量和质量决定，掺 杂浓度由注入杂质离子的数目(剂量)决定。
• 一个现代的IC含有百万个以上的独立组件，而其尺寸通 常在数微米，在此种尺寸上，并无一合适的机械加工机 器可以使用，取而代之的是微电子中使用紫外光的图案 转换(Patterning),这个过程是使用光学的图案以及光感 应膜來将图案转上基板,此种过程称为光刻微影 (photolithography）
2019/9/10
11
晶圆处理制程
曝光（exposure） • 在光刻微影过程，首先为光阻涂布，先将适量光阻滴上基
板中心，而基板是置于光阻涂 布机 的真空吸盘上，转盘 以每分钟數千转之转速，旋转30-60秒，使光阻均匀涂布 在 基板上，转速与旋转时间，依所需光阻厚度而定。 • 曝照于紫外光中，会使得光阻的溶解率改变。紫外光通过 光罩照射于光阻上，而在光照及阴影处产生相对应的图形 ，而受光照射的地方，光阻的溶解率产生变化，称之 为光 化学反应， 而阴影处的率没有变化，这整个过称之为曝光 （exposure）。
半导体制造工艺流程通用课件
目录
• 半导体制造概述 • 半导体制造的前处理 • 半导体制造的核心工艺 • 半导体制造的后处理 • 半导体制造的挑战与解决方案 • 半导体制造的发展趋势与未来展望
01
半导体制造概述
半导体制造的定义
半导体制造
指通过一系列精密的物理和化学 工艺，将单晶硅或其他半导体材 料转化为集成电路的过程。
采用高k金属栅极材料， 可以提高芯片的性能和降 低功耗。
新型绝缘材料
采用新型绝缘材料，可以 提高芯片的集成度和可靠 性。
新型封装材料
采用新型封装材料，可以 提高芯片的散热性能和可 靠性。
系统集成与封装技术的发展
系统集成技术
通过系统集成技术，将多个芯片集成在一个封装 内，实现更高的性能和更小的体积。
封装类型
常见的封装类型包括塑料封装、陶瓷封装和金属封装等，它们具有不同的特点和适用范围 。
封装工艺
封装工艺涉及到多个环节，包括芯片贴装、引脚焊接、密封和标记等，每个环节都对保证 芯片的性能和可靠性至关重要。
测试与验证
测试与验证
在半导体制造的后处理过程中，测试与验证是确保芯片性能和质量 的重要环节。
化学气相沉积
总结词
化学气相沉积是通过化学反应在半导体表面形成薄膜的过程。
详细描述
化学气相沉积是在高温下，将气态物质在半导体表面进行化学反应，形成固态薄膜的过程。沉积的薄膜可以作为 绝缘层、导电层或保护层，对半导体器件的性能和稳定性具有重要影响。
04
半导体制造的后处理
金属化
金属化
在半导体制造的后处理过程中，金属化是关键的一步，它 涉及到在芯片表面沉积金属，以实现电路的导电连接。
半导体制造的工艺流程简介
半导体制造工艺流程 ppt课件
E p+
N P
NPN
PNP
NPN晶体管刨面图
SiO2
B
N+ E
AL C
P
P+
P+
N-epi
N+-BL
P-SUB
1.衬底选择
P型Si ρ 10Ω.cm 111晶向,偏离2O~5O
晶圆（芯片） 晶圆（芯片）的生产由砂即（二氧化硅）开始， 经由电弧炉的提炼还原成 冶炼级的硅，再经由 盐酸氯化，产生三氯化硅，经蒸馏纯化后，透 过慢速分 解过程，制成棒状或粒状的「多晶 硅」。一般晶圆制造厂，将多晶硅融解 后，再 利用硅晶种慢慢拉出单晶硅晶棒。一支85公分 长，重76.6公斤的 8寸 硅晶棒，约需 2天半 时间长成。经研磨、抛光、切片后，即成半导 体之原料 晶圆片
• 后段（Back End） 构装（Packaging）、 测试制程（Initial Test and Final Test）
一、晶圆处理制程
• 晶圆处理制程之主要工作为在硅晶圆上制作电路与 电子元件（如电晶体、电容体、逻辑闸等），为上 述各制程中所需技术最复杂且资金投入最多的过程 ， 以微处理器（Microprocessor）为例，其所需处理 步骤可达数百道，而其所需加工机台先进且昂贵， 动辄数千万一台，其所需制造环境为为一温度、湿 度与 含尘（Particle）均需控制的无尘室（CleanRoom），虽然详细的处理程序是随着产品种类与所 使用的技术有关；不过其基本处理步骤通常是晶圆 先经过适 当的清洗（Cleaning）之后，接着进行氧 化（Oxidation）及沈积，最后进行微影、蚀刻及离 子植入等反覆步骤，以完成晶圆上电路的加工与制 作。
衬底制备 一次氧化 隐埋层光刻 隐埋层扩散
n阱pmos管的工艺流程
n阱pmos管的工艺流程英文回答：n-Well pMOSFET Fabrication Process.Substrate Preparation:A p-type silicon substrate is used as the starting material.The substrate is cleaned and oxidized to form a thin layer of silicon dioxide (SiO2).Well Formation:A photoresist is applied to the substrate and patterned to define the n-well regions.The substrate is etched to remove the exposed silicon, creating the n-wells.The n-wells are implanted with phosphorus ions to make them n-type.Gate Oxide Formation:A thin layer of SiO2 is grown on the entire substrate, including the n-wells.This layer is the gate oxide of the pMOSFET.Gate Electrode Formation:A layer of polysilicon is deposited on the substrate.The polysilicon is patterned and etched to form the gate electrode of the pMOSFET.Source/Drain Implantation:Boron ions are implanted into the source and drain regions of the pMOSFET.This creates p-type regions in the n-well, forming the source and drain contacts.Contact Formation:A layer of metal is deposited on the substrate and patterned to form the source, drain, and gate contacts.The metal is typically aluminum or a tungsten alloy.Annealing:The wafer is annealed at a high temperature toactivate the implanted dopants and improve the electrical properties of the device.Passivation:A layer of silicon nitride (Si3N4) is deposited on the wafer to protect the device from contamination.Testing:The wafer is tested to ensure that the pMOSFETs are functioning properly.Packaging:The wafer is diced into individual die and packaged in a suitable housing.中文回答：n阱pmos管工艺流程。
半导体器件课程设计pmos
半导体器件课程设计pmos一、课程目标知识目标：1. 理解PMOS型半导体器件的基本结构、工作原理及其特性；2. 掌握PMOS器件在不同电路中的应用和功能；3. 学会分析PMOS器件的电路符号、参数及其对电路性能的影响。
技能目标：1. 能够正确使用示波器、信号发生器等实验设备进行PMOS器件特性测试；2. 能够运用所学知识设计简单的PMOS电路，并分析其工作状态；3. 培养学生动手操作、观察现象、分析问题及解决问题的能力。
情感态度价值观目标：1. 激发学生对半导体器件的兴趣，培养探索精神和创新意识；2. 培养学生严谨的科学态度和良好的团队合作精神；3. 增强学生对我国半导体产业的认识，提高民族自豪感和责任感。
本课程针对高中年级学生，结合半导体器件的教学要求，以PMOS为研究对象，注重理论与实践相结合。
课程目标具体、可衡量，旨在帮助学生掌握半导体器件的基本知识，提高实践操作能力，培养科学素养和正确价值观。
通过本课程的学习，使学生能够为后续深入学习电子技术打下坚实基础。
二、教学内容1. PMOS器件的基本概念：介绍PMOS器件的结构、类型及其工作原理；- 章节关联：课本第三章“半导体器件”第二节“金属-氧化物-半导体场效应晶体管”；- 教学内容：PMOS器件的结构、N型与P型MOS器件的对比、PMOS器件的工作原理。
2. PMOS器件的特性：讲解PMOS器件的静态特性、动态特性及其温度特性；- 章节关联：课本第三章“半导体器件”第三节“场效应晶体管特性”；- 教学内容：PMOS器件的输出特性、转移特性、漏电流特性以及温度对器件特性的影响。
3. PMOS器件的应用：分析PMOS器件在模拟电路、数字电路中的应用实例；- 章节关联：课本第四章“半导体器件的应用”；- 教学内容：PMOS器件在放大器、开关、模拟开关等电路中的应用。
4. PMOS器件的电路分析与设计：学习PMOS器件在电路中的连接方式、电路分析与设计方法；- 章节关联：课本第五章“半导体器件电路分析与设计”；- 教学内容：PMOS器件的电路符号、典型应用电路、电路分析方法及设计实例。
NMOS和PMOS详解以及电路设计...
NMOS和PMOS详解以及电路设计...一、简介MOS管，是MOSFET的缩写。
MOSFET金属-氧化物半导体场效应晶体管，简称金氧半场效晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）。
其中，G是栅极，S是源极，D是漏极。
二、常见的nmos和pmos的原理与区别NMOSNMOS英文全称为N-Metal-Oxide-Semiconductor。
意思为N 型金属-氧化物-半导体，而拥有这种结构的晶体管我们称之为NMOS 晶体管。
MOS晶体管有P型MOS管和N型MOS管之分。
由MOS 管构成的集成电路称为MOS集成电路，由NMOS组成的电路就是NMOS集成电路，由PMOS管组成的电路就是PMOS集成电路，由NMOS和PMOS两种管子组成的互补MOS电路，即CMOS电路。
PMOSPMOS是指n型衬底、p沟道，靠空穴的流动运送电流的MOS 管。
NMOS和PMOS工作原理P沟道MOS晶体管的空穴迁移率低，因而在MOS晶体管的几何尺寸和工作电压绝对值相等的情况下，PMOS晶体管的跨导小于N沟道MOS晶体管。
此外，P沟道MOS晶体管阈值电压的绝对值一般偏高，要求有较高的工作电压。
它的供电电源的电压大小和极性，与双极型晶体管——晶体管逻辑电路不兼容。
PMOS因逻辑摆幅大，充电放电过程长，加之器件跨导小，所以工作速度更低，在NMOS电路（见N沟道金属—氧化物—半导体集成电路）出现之后，多数已为NMOS电路所取代。
只是，因PMOS电路工艺简单，价格便宜，有些中规模和小规模数字控制电路仍采用PMOS电路技术。
三、MOS管应用分析1.导通特性NMOS的特性，Vgs大于一定的值就会导通，适合用于源极接地时的情况（低端驱动），只要栅极电压达到4V或10V就可以了。
PMOS的特性，Vgs小于一定的值就会导通，适合用于源极接VCC时的情况（高端驱动）。
MOS集成电路的基本制造工艺PPT课件
集电极的串联电阻很大;
NPN管C极只能接固定电位，从而限制了NPN管的使用
2021/6/22
第59页/共67页
以N阱CMOS工艺为基础的BiCMOS工
艺
纵向NPN
PMOS
NMOS
EB C
P+ P+ N阱
N+ N+ P- SUB
N+
N+
P
N阱
NPN具有较薄的基区，提高了其性能；
N阱使得NPN管C极与衬底隔开，可根据电路需要接电位 集电极串联电阻还是太大，影响双极器件的驱动能力
第33页/共67页
2021/6/22
刻蚀（等离子体刻蚀）
3．P阱掺杂：
P+
硼掺杂（离子注入）
去胶
P-well
去除氧化膜
第34页/共67页
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第35页/共67页
2021/6/22
离子源
高压 电源
电流 积分
器
离子束
第36页/共67页
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• 掩膜2： 光刻有源区
P-well
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驱动能力
BiCMOS集成电路工艺
双极型
Bi-CMOS CMOS
功耗
第57页/共67页
BiCMOS工艺分类
• 以CMOS工艺为基础的 BiCMOS工艺
• 以双极工艺为基础的BiCMOS工 艺。
2021/6/22
第58页/共67页
以P阱CMOS工艺为基础的BiCMOS工艺
NPN晶体管电流增益小；
P+ P+N+
N-Si
VS
VOUT
半导体制作流程PPT课件讲义教材
裁剪者
VISION1
T1
排列 测试
T2
分类
刷
作标记 于
VISION2
T3
排列
分类
拒绝
排列
T4
TAPING3
TAPING1
排列 TAPING2 排列
KEC- 公司韩国研究总数报告
10
KEC-W 和 C& C 的我& 我
４。SMD- BIS 程序：
整理/ 形式部
8 PCS 提取
卷供给部于桥上
在BIS单体机工作时供给制品
乘汽车
感应器盒子
S/W 盒子
大音阶的第五 音,继电器 SSR
KEC- 公司韩国研究总数报告
FA 计算 机
LAN CARD
输入 64位
输入 64位
输出 64位
马达 制御 CARD
输出 32位
感应器盒子
S/W 盒子
大音阶的 第五音 继电器
SSR
AC 乘汽车
伺服 开车
伺服马达
第一视觉 /F
测试我/F
第一激光 /F
制品流动生产回路：
T2->T3 插入物
2 PCS 提取
激光印记
BEUSHING
视觉检验
T4 喷嘴提取
1 PCS 提取
排列 #1 检验不见的
排列 #2
排列 #3
T3 分类 桌子 #3
KEC- 公司韩国研究总数报告
T4 分类 桌子#4
最好的
轻打 #1个插入物 轻打 #2个插入物 轻打 #3个插入物
轻打
13
TAPING1 2.轻打 TAPING2
TAPING3
个人计算机计画:视觉的 C++ 语言 个人计算机计画控制: 1.伺服系统; 2. 作标记于; 3. VISION; 4.PLC CONTROL.
低功耗设计方法课案
层面上,如第二层金属布线层或更高的布线层 翻转活动频繁的结点连线要尽量的短 把高容性的结点和总线放在电容较小的层面上 大尺寸器件可采用梳状和环形结构,减小漏结电容
版图和晶体管级的优化技术
时钟树（CLOCK-TREE） 的生成
时钟信号网络的电容和频率都很大,其功耗 占了系统的相当部分,有些电路可达40 % 在保证时序约束的条件下,对时钟信号网络 的结构、驱动方式进行选择, 并通过缓冲器 的插入和尺寸优化来减小功耗 另外,在对同步时钟容差分析的基础上,不再 追求时钟偏移最小化,而是在保证电路时序 的条件下减小功耗
路径平衡技术
路径平衡：
为使某一器件的几个输入信号同时到达,而 采用的路径等延迟技术 能大大减少在该器件输出端产生多余翻转的 可能 路径平衡技术可以在工艺映射前采用,对逻 辑进行分解以达到平衡 也可以在工艺映射后采用,对管腿重新排序 分配和插入延时元件以达到平衡。
路径平衡技术
a ,b 同时到达的两信号；期望信号X 为一恒0 的输出 图(a) 所示电路的不平衡,可能造成信号的毛刺 图(b) 由于路径平衡而减少这一毛刺
变的产生，另一办法是缩短其传播长度。
低功耗设计方法
低功耗设计是一个系统的问题：
必须在设计的各个层次上发展适当的技术 综合应用不同的设计策略 达到在降低功耗的同时维持系统性能的目的 研究证明在不同设计层次上的优化工作对功 耗的改善程度是不同的，即设计层次越高， 改善功耗的程度越大
低功耗设计方法
以下将自底向上, 对各层次的功耗设计技术进 行具体分析和介绍。
工艺级的优化技术
Bimos工艺流程
BiCMOS工艺及其工艺流程该工艺采用P型衬底，形成双埋层，对双极器件可减小集电极串联电阻，对CMOS器件可提高器件的抗闩锁能力和减少衬底浓度对器件参数的影响。
作N型薄外延（2.0 μm），外延层作为双极器件的集电极区和PMOS晶体管的有源区。
在外延层上推P阱，形成NMOS晶体管的有源区，开槽高压氧化并结合P＋注入形成的PN结，实现电路元器件的隔离，并获得比较好的表面平坦度，这种隔离方式，可减小器件的侧壁电容，从而提高器件特性。
作高浓度N＋扩散，进一步减小NPN 晶体管的集电极串联电阻，降低了NPN晶体管的寄生参数，也提高了NPN晶体管的频率特性和电流驱动能力。
采用SiO2注入可防止沾污，同时获得更薄的基区。
用重掺杂多晶硅作为CMOS晶体管的栅极和NPN晶体管的发射极，以获得较薄的结深，减小栅极和发射极的寄生参数，从而提高器件的速度性能。
采用薄栅氧化层（35 nm）和栅与源漏的自对准结构，减小器件的寄生参数，获得更高性能的CMOS晶体管。
双层金属Ti－Al实现浅结元器件的互连，为提高电路的可靠性和稳定性，采用PECVD SiNx介质作为电路的钝化薄膜。
在P型衬底上分别形成N＋和P＋埋层后，接着进行N型薄外延。
注入硼，经高温退火和推结形成P阱。
用反应离子刻蚀出硅槽，然后进行高压氧化。
注入高剂量的磷并在高温下退火，以形成NPN晶体管的深集电区。
薄栅氧后注入硼，形成双极器件的基区。
刻出发射极窗口后，LPCVD淀积一层多晶硅，接着进行高剂量砷注入。
反应离子刻蚀出栅极和发射极，分别注入高剂量的N型和P型杂质，经退火处理，形成MOS晶体管的源漏接触区、NPN晶体管的发射区和基区。
接着LPCVD淀积二氧化硅，用反应离子刻蚀出元器件的接触孔。
分别蒸发Ti和Al金属层，实现元器件的互连，最后作PECVD SiNx介质薄膜形成钝化层。
BiCMOS结构，一般由CMOS单元和npn晶体管组成。
随着应用的不同，BiCMOS结构也有不同程度或不同形式的变化，如可能是CMOS单元同双极横向晶体管结构的结合，也可能是功率MOS同双极结构的结合，其结构的变化，是由应用电路的结构和性能需求决定的。
半导体制造工艺设计流程图
半导体制造工艺流程半导体相关知识本征材料：纯硅 9-10个250000Ω.cm3N型硅：掺入V族元素--磷P、砷As、锑SbP型硅：掺入 III族元素—镓Ga、硼BPN结：半导体元件制造过程可分为前段（Front End）制程晶圆处理制程（Wafer Fabrication；简称 Wafer Fab）、晶圆针测制程（Wafer Probe）；后段（Back End）构装（Packaging）、测试制程（Initial Test and Final Test）晶圆边缘检测系统一、晶圆处理制程晶圆处理制程之主要工作为在矽晶圆上制作电路与电子元件，为各制程中所需技术最复杂且资金投入最多的过程，以微处理器（Microprocessor）为例，其所需处理步骤可达数百道，而其所需加工机台先进且昂贵，有时可达数千万一台，其所需制造环境为为一温度、湿度与含尘（Particle）均需控制的无尘室（Clean-Room），虽然详细的处理程序是随著产品种类与所使用的技术有关；不过其基本处理步骤通常是晶圆先经过适当的清洗（Cleaning）之后，接著进行氧化（Oxidation）及沉积，最后进行微影、蚀刻及离子植入等反覆步骤，以完成晶圆上电路的加工与制作。
晶圆与晶片的区别制造半导体前，必须将硅转换为晶圆片。
这要从硅锭的生长开始。
单晶硅是原子以三维空间模式周期形成的固体，这种模式贯穿整个材料。
多晶硅是很多具有不同晶向的小单晶体单独形成的，不能用来做半导体电路。
多晶硅必须融化成单晶体，才能加工成半导体应用中使用的晶圆片。
晶片由晶圆切割成，直径和晶圆相同，厚度为300μm 由于硅很硬，要用金刚石锯来准确切割晶圆片，以得到比要求尺寸要厚一些的晶片。
激光锯也有助于减少对晶圆片的损伤、厚度不均、弯曲以及翘曲缺陷。
切割晶圆片后，开始进入研磨工艺。
MOS集成电路工艺基础幻灯片PPT
•人工设计和绘制幅员，有利于充分利用芯片面积， 并能满足多种电路性能要求。但是效率低、周期 长、容易出错，特别是不能设计规模很大的电路 幅员。因此，该方法多用于随机格式的、产量较 大的MSI和LSI或单元库的建立。 •(DRC-设计规那么捡查)
涤 沦 膜 上 画 图 数 字 化 仪 输 入 C R T 显 示 绘 图 仪 画 图
l 〔2〕Wafer与Mask之间有间隙，使一些尘埃 颗 粒参加，造成影响。另外，有光折射产生。
光源
5× M ask
L ens C h u c k Ta b le W afer
l 80年代后期出现了Wafer Stepper，10:1 或5:1，使芯片加工进入了0.8μm的时代。 代表产品有：美国的GCA，日本的Canon， Nikon及荷兰的ASM。
l 干法刻蚀借助等离子体中，产生的粒子轰击 刻蚀区，是各向异性的刻蚀技术，即在被刻 蚀的区域内，各个方向上的刻蚀速度不一样。 湿法刻蚀是各向同性的刻蚀方法，利用化学 反响过程去除待刻蚀区域的薄膜材料。通常， 氮化硅、多晶硅、金属以及合金材料采用干 法刻蚀技术，二氧化硅采用湿法刻蚀技术， 有时金属铝也采用湿法刻蚀技术。通过刻蚀， 或者是形成了图形线条，如多晶硅条、铝条 等，或者是裸露了硅本体，为将来的选择掺 杂确定了掺杂的窗口。
l 光刻工艺的开展：
l 70年代的光刻只能加工3～5μm线宽，4"～5" wafer。那时的光刻机采用接触式的。如： Canon，采用紫外线光源，分辨率较低。
l 80年代创造了1:1投影式光刻机，可加工1～ 2μm线宽，5"～6"wafer。代表产品有美国的 Ultrotec。
l 存在问题是：
l 〔1〕Mask难做，要求平坦，不能有缺陷。