什么是双极型集成电路

文章摘要：集成注入逻辑电路 (I2L)又称合并晶体管逻辑电路(MTL)，是70年代研制成的。在双极型集成电路中，I2L电路的集成密度是最高的。 三层结构逻辑电路(3TL)是1976年中国在I2L电路的基础上改进而成,因有三层结构而得名。3TL逻辑电路采用NPN管为电流源，输出管采用金属做集电极(PNM)，不同于I2L结构。 多元逻辑电路(DYL)和双层逻辑电路(DLL)，是1978年中国研制成功的新型逻辑电路。DYL逻辑电路线性与或门,能同时实现开关逻辑和线性逻辑处理功能。DLL电路是通过ECL和TTL逻辑电路双信息内部变换来实现电路逻辑功能的。 此外，在双极型集成电路发展过程中，还有许多其他型式的电路

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集成注入逻辑电路 (I2L)又称合并晶体管逻辑电路(MTL)，是70年代研制成的。在双极型集成电路中，I2L电路的集成密度是最高的。

三层结构逻辑电路(3TL)是1976年中国在I2L电路的基础上改进而成,因有三层结构而得名。3TL逻辑电路采用NPN管为电流源，输出管采用金属做集电极(PNM)，不同于I2L结构。

多元逻辑电路(DYL)和双层逻辑电路(DLL)，是1978年中国研制成功的新型逻辑电路。DYL逻辑电路线性与或门,能同时实现开关逻辑和线性逻辑处理功能。DLL电路是通过ECL和TTL逻辑电路双信息内部变换来实现电路逻辑功能的。

此外，在双极型集成电路发展过程中，还有许多其他型式的电路。例如,发射极功能逻辑电路(EFL)、互补晶体管逻辑电路(CTL)、抗辐照互补恒流逻辑电路(C3L)、电流参差逻辑电路(CHL)、三态逻辑电路(TSL)和非阈值逻辑电路(NTL)等。

双极型集成电路的特点和原理 　

双极型集成电路的制造工艺，是在平面工艺基础上发展起来的。与制造单个双极型晶体管的平面工艺相比，具有若干工艺上的特点。

①　双极型集成电路中各元件之间需要进行电隔离。集成电路的制造，先是把硅片划分成一定数目的相互隔离的隔离区；然后在各隔离区内制作晶体管和电阻等元件。在常规工艺中大多采用PN结隔离，即用反向PN结达到元件之间相互绝缘的目的。除PN结隔离以外，有时也采用介质隔离或两者混合隔离法（见隔离技术）。

②　双极型集成电路中需要增添隐埋层。通常，双极型集成电路中晶体管的集电极，必须从底层向上引出连接点，因而增加了集电极串连电阻，这不利于电路性能。为了减小集电极串连电阻，制作晶体管时在集电极下边先扩散一层隐埋层，为集电极提供电流低阻通道和减小集电极的串联电阻。隐埋层，简称埋层，是隐埋在硅片体内的高掺杂低电阻区。埋层在制作集成电路之前预先“埋置”在晶片体内。其工艺过程是：在 P型硅片上，在预计制作集电极的正下方某一区域里先扩散一层高浓度施主杂质即N+区;而后在其上再外延生长一层N型硅单晶层。于是，N型外延层将N+区隐埋在下面,再在这一外延层上制作晶体管。

③　双极型集成电路通常采用扩散电阻。电路中按电阻阻值大小选择制备电阻的工艺，大多数是利用晶体管基区P型扩散的同时，制作每方约 150～200欧·厘米的P型扩散电阻。但是,扩散电阻存在阻值误差大、温度系数高和有寄生效应等缺点。除采用扩散电阻外，有时也采用硅单晶体电阻。

④　双极型集成电路元件间需要互连线，通常为金属铝薄层互连线。单层互连布线时难以避免交叉的位置，必要时可采用浓磷扩散低阻区，简称磷桥连接法。

⑤　双极型集成电路存在寄生效应。双极型集成电路的纵向NPN晶体管，比分立晶体管多一个P型衬底层和一个PN结。它是三结四层结构。增加的衬底层是所有元件的公共衬底，增加的一个PN结是隔离结(包括衬底结)。双极型集成电路因是三结四层结构而会产生特有的寄生效应：无源寄生效应、扩散电阻的寄生电容和有源寄生效应。隔离电容是集电极N型区与隔离槽或衬底P型区形成的PN结产生的电容。隔离和衬底接最低电位，所以这个电容就是集电极对地的寄生电容。扩散电阻的寄生电容是扩散电阻P型区与集电极外延层N型区产生的PN结电容，也属无源寄生效应。这一PN结电容总是处于反偏置工作状态。有源寄生效应即 PNP寄生晶体管。在电路中，NPN晶体管的基区、集电区（外延层）和衬底构成PNP寄生晶体管。在通常情况下，因PN结隔离，外延层和衬底之间总是反向偏置。只有当电路工作时,NPN管的集电结正偏，寄生PNP管才进入有源区。

双极型集成电路工艺制备

利用PN结隔离技术制备双极型集成电路倒相器的工艺流程，包括一个NPN晶体管和一个负载电阻R。原始材料是直径为75～150毫米掺P型杂质的硅单晶棒，电阻率ρ=10欧·厘米左右。（见图）

其工艺流程是：先经过切片、研磨和抛光等工艺(是硅片制备工艺)制备成厚度约300～500微米的圆形硅片作为衬底，然后进行外延生长、氧化、光刻、扩散、蒸发、压焊和多次硅片清洗，最后进行表面钝化和成品封装。

制作双极型集成电路芯片需要经过 5次氧化，对氧化硅 (SiO2)薄层进行5次光刻，刻蚀出供扩散掺杂用的图形窗口。最后还经过两次光刻，刻蚀出金属铝互连布线和钝化后用于压焊点的窗口。因此，整套双极型集成电路掩模版共有 7块。即使通常省去钝化工艺，也需要进行6次光刻，需要6块掩模版。

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