本文从多个角度解释了CMOS工艺都采用p型晶圆的原因。
在CMOS工艺中采用p型晶圆有多个原因,下面我们一步一步地进行分析:
1、基本定义:
CMOS:互补金属氧化物半导体,是一种使用n型和p型MOSFETs(场效应晶体管)来实现逻辑功能的工艺。
p型晶圆:主要由p型掺杂的硅材料制成,具有多数载流子(空穴)。
n型和p型MOSFETs的结构:
nMOSFET:由n型源极和漏极区,嵌入在p型衬底中。
pMOSFET:由p型源极和漏极区,嵌入在n型阱(well)中,而这个n型阱可以建在p型衬底上。
2、制造工艺简化:
采用p型晶圆时,可以直接在p型衬底上创建n型MOSFET,而不需要额外的工艺步骤。对于pMOSFET,可以在p型衬底上创建一个n型阱,然后再在n型阱中创建p型源极和漏极。这种方法工艺较为成熟,并且步骤相对简单。
3、电气特性考虑:
p型衬底的本征噪声较低:在p型材料中,主要载流子是空穴,而空穴的迁移率低于电子,这有助于降低漏电流和本征噪声。
良好的衬底隔离:p型衬底在制造过程中提供了良好的隔离特性,可以有效地隔离不同器件之间的干扰。
4、阱(Well)工艺:
在p型衬底上,制造n型阱和p型阱(用于nMOS和pMOS)相对简单,且在制造过程中通过标准的扩散或离子注入工艺可以容易地实现。
5、成本与兼容性:
大多数CMOS制造工艺在历史上是基于p型衬底发展的,具有广泛的工艺基础和设备兼容性。p型衬底的制造成本相对较低,且供应链稳定。
6、热稳定性和可靠性:
p型衬底在高温处理过程中表现出较好的稳定性,这对于复杂的CMOS工艺中的热处理步骤是非常重要的。
小结一下:采用p型晶圆作为CMOS工艺的基础,主要是由于其在制造工艺简化、电气特性优化、成本控制、以及历史发展等多个方面的优势。