MOS集成電路

60年代末、70年代初，我國(guó)在集成電路技術(shù)的研究上剛剛起步，只是對(duì)雙極型小規(guī)模集成電路開始進(jìn)行研制和少量生產(chǎn)。當(dāng)時(shí),國(guó)外MOS電路發(fā)展很快，與雙極型電路相比，MOS集成電路具有電路簡(jiǎn)單、功耗低、集成度高的優(yōu)勢(shì)，而國(guó)內(nèi)MOS集成電路技術(shù)的研究開發(fā)上還存在不少困難。一個(gè)困難是MOS器件很容易被靜電擊穿，有人形容說：“MOS、MOS，一摸就死”；另一個(gè)難點(diǎn)是MOS器件柵氧化層電荷不易控制，因而大大影響了MOS電路的可生產(chǎn)性與工作穩(wěn)定性。所以，大家對(duì)MOS集成電路的發(fā)展前途仍有很多疑慮。

在這樣的形勢(shì)下，半導(dǎo)體車間的徐葭生同志帶領(lǐng)十幾個(gè)中青年教師，從1970年開始，毅然投入了我國(guó)MOS集成電路研究開發(fā)與應(yīng)用推廣的事業(yè)。在當(dāng)時(shí)缺乏技術(shù)資料和工藝設(shè)備、生產(chǎn)條件十分落后的情況下，大家自力更生、團(tuán)結(jié)奮斗，從工藝和電路設(shè)計(jì)上解決了柵氧化層電荷與靜電損傷保護(hù)問題，為MOS集成電路在我國(guó)的發(fā)展掃清了技術(shù)障礙。在此基礎(chǔ)上，開發(fā)研制成功了中小規(guī)模MOS數(shù)控系列電路，包括了計(jì)數(shù)器、寄存器、譯碼器及各種觸發(fā)器、門電路等，并進(jìn)行了小量生產(chǎn)。為了使這些電路得到推廣，他們還制作了頻率計(jì)、數(shù)碼顯示等多種應(yīng)用部件，到有關(guān)單位演示，幫助解決應(yīng)用中的技術(shù)問題。這樣，終于使MOS集成電路得到社會(huì)認(rèn)可。在此期間先后接產(chǎn)此數(shù)控系列電路的有，北京半導(dǎo)體器件五廠、前門器件廠、上海元件五廠、天津第一半導(dǎo)體廠、石家莊半導(dǎo)體器件廠、保定無線電二廠等。這些數(shù)控系列電路在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)成了不少半導(dǎo)體廠的主打產(chǎn)品。清華半導(dǎo)體車間除了派人傳授、推廣技術(shù)之外，還多次舉辦短訓(xùn)班，幫助這些企業(yè)培養(yǎng)生產(chǎn)技術(shù)骨干?？梢哉f，清華的半導(dǎo)體車間成為了我國(guó)MOS集成技術(shù)最早的發(fā)源地。

在成功開發(fā)、推廣中小規(guī)模MOS數(shù)控系列電路的基礎(chǔ)上，半導(dǎo)體車間又進(jìn)一步向中大規(guī)模MOS集成電路進(jìn)軍，先后研制成功050臺(tái)式計(jì)算機(jī)(器)全套電路，2240位96字符發(fā)生器和1KDRAM等多種大規(guī)模集成電路。從1970年開始直至1976年以后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)，清華在國(guó)內(nèi)一直保持著MOS集成電路技術(shù)的最高水平。

除了集成電路技術(shù)本身之外，半導(dǎo)體車間對(duì)我國(guó)集成電路生產(chǎn)基礎(chǔ)條件的發(fā)展也起了重要的推動(dòng)作用。為了滿足大規(guī)模集成電路生產(chǎn)對(duì)于設(shè)備的高精度和自動(dòng)化要求，有很多關(guān)鍵設(shè)備都是自制的，例如高精度初縮機(jī)、擴(kuò)散爐和三氯乙烯氧化系統(tǒng)、高速勻膠機(jī)、等離子刻蝕機(jī)等。有些設(shè)備是由半導(dǎo)體車間提出性能要求并進(jìn)行試用改進(jìn)，與其它單位協(xié)作生產(chǎn)，例如高精度分步重復(fù)精縮機(jī)就是與我校無線電系、精儀系協(xié)作定型生產(chǎn)的，這一精縮機(jī)成了當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)集成電路廠普遍采用的設(shè)備。

為了滿足大規(guī)模集成電路制造對(duì)減少灰塵沾污的要求，半導(dǎo)體車間自己設(shè)計(jì)、自己采購(gòu)材料、聯(lián)系施工，對(duì)原來的800平方米實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了凈化改造，于1975年建成了350平方米、凈化級(jí)別達(dá)到1000級(jí)和10000級(jí)的超凈車間。這是當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)集成電路生產(chǎn)用的第一個(gè)超凈車間，它滿足了大規(guī)模集成電路研制的需要，一直使用到1993年。

按晶體管的溝道導(dǎo)電類型，可分為P溝MOSIC、N溝MOSIC以及將P溝和N溝MOS晶體管結(jié)合成一個(gè)電路單元的互補(bǔ)MOSIC，分別稱為PMOS 、NMOS和CMOS集成電路。隨著工藝技術(shù)的發(fā)展，CMOS集成電路已成為集成電路的主流，工藝也日趨完善和復(fù)雜 ，由P阱或N阱CMOS發(fā)展到雙阱CMOS工藝。80年代又出現(xiàn)了集雙極型電路和互補(bǔ)金 屬-氧化物-半導(dǎo)體（CMOS）電路優(yōu)點(diǎn)的BiCMOS集成電路結(jié)構(gòu)。按柵極材料可分為鉛柵、硅柵、硅化物柵和難熔金屬（如鉬、鎢）柵等MOSIC，柵極尺寸已由微米進(jìn)入亞微米（0.5～1微米）和強(qiáng)亞微米（0.5微米以下）量級(jí) 。此外，還發(fā)展了不同的MOS集成電路結(jié)構(gòu)的MOSIC：如浮柵雪崩注入MOS（FAMOS）結(jié)構(gòu)，用于可擦寫只讀存貯器；擴(kuò)散自對(duì)準(zhǔn)MOS（DMOS）結(jié)構(gòu)和V型槽MOS結(jié)構(gòu)等，可滿足高速、高電壓要求。近年來發(fā)展了以藍(lán)寶石為絕緣襯底的CMOS結(jié)構(gòu)，具有抗輻照、功耗低和速度快等優(yōu)點(diǎn)。MOSIC廣泛用于計(jì)算機(jī)、通信、機(jī)電儀器、家電自動(dòng)化、航空航天等領(lǐng)域，可使整機(jī)體積縮小、工作速度快、功能復(fù)雜、可靠性高、功耗低和成本便宜等。

①制造結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，隔離方便。

②電路尺寸小、功耗低適于高密度集成。

③MOS管為雙向器件，設(shè)計(jì)靈活性高。

④具有動(dòng)態(tài)工作獨(dú)特的能力。

⑤溫度特性好。其缺點(diǎn)是速度較低、驅(qū)動(dòng)能力較弱。一般認(rèn)為MOS集成電路功耗低、集成度高，宜用作數(shù)字集成電路；雙極型集成電路則適用作高速數(shù)字和模擬電路。

1 不要超過手冊(cè)上所列出的極限工作條件的限制。

2 器件上所有空閑的輸入端必須接 VDD 或 VSS，并且要接觸良好。

3 所有低阻抗設(shè)備（例如脈沖信號(hào)發(fā)生器等）在接到 CMOS 或 NMOS 集成電路輸入端以前必然讓器件先接通電源，同樣設(shè)備與器件斷開后器件才能斷開電源。

4 包含有 CMOS 和 NMOS 集成電路的印刷電路板僅僅是一個(gè)器件的延伸，同樣需要遵守操作準(zhǔn)則。從印刷電路板邊緣的接插件直接聯(lián)線到器件也能引起器件損傷，必須避免一般的塑料包裝，印刷電路板接插件上的 CMOS 或 NMOS 集成電路的地址輸入端或輸出端應(yīng)當(dāng)串聯(lián)一個(gè)電阻，由于這些串聯(lián)電阻和輸入電容的時(shí)間常數(shù)增加了延遲時(shí)間。這個(gè)電阻將會(huì)限制由于印刷電路板移動(dòng)或與易產(chǎn)生靜電的材料接觸所產(chǎn)生的靜電高壓損傷。

5 所有 CMOS 和 NMOS 集成電路的儲(chǔ)存和運(yùn)輸過程必須采用抗靜電材料做成的容器，而不能按常規(guī)將器件插入塑料或放在普通塑料的托盤內(nèi)，直到準(zhǔn)備使用時(shí)才能從抗靜電材料容器中取出來。

6 所有 CMOS 和 NMOS 集成電路應(yīng)當(dāng)放置在接地良好的工作臺(tái)上，鑒于工作人員也能對(duì)工作臺(tái)產(chǎn)出靜電放電，所以工作人員在操作器件之前自身必須先接地，為此建議工作人員要用牢固的導(dǎo)電帶將手腕或肘部與工作臺(tái)表面連接良好。

7 尼龍或其它易產(chǎn)生靜電的材料不允許與 CMOS 和 NMOS 集成電路接觸。

8 在自動(dòng)化操作過程中，由于器件的運(yùn)動(dòng)，傳送帶的運(yùn)動(dòng)和印刷電路板的運(yùn)動(dòng)可能會(huì)產(chǎn)生很高的靜電壓，因此要在車間內(nèi)使用電離空氣鼓風(fēng)機(jī)和增濕機(jī)使室內(nèi)相對(duì)濕度在 35% 以上，凡是能和集成電路接觸的設(shè)備的頂蓋、底部、側(cè)面部分均要采用接地的金屬或其它導(dǎo)電材料。

9 冷凍室要用二氧化碳制冷，并且要放置隔板，而器件必須放在導(dǎo)電材料的容器內(nèi)。

10 需要扳直外引線和用手工焊接時(shí)，要采用手腕接地的措施，焊料罐也要接地。

11 波峰焊時(shí)要采用下面措施：

a 、波峰焊機(jī)的焊料罐和傳送帶系統(tǒng)必須接真地。

b 、工作臺(tái)采用導(dǎo)電的頂蓋遮蓋，要接真地。

c 、工作人員必須按照預(yù)防準(zhǔn)則執(zhí)行。

d 、完成的工件要放到抗靜電容器中，優(yōu)先送到下一道工序去。

12 清洗印刷電路板要采用下列措施：

a 、蒸氣去油劑和籃筐必須接真地，工作人員同樣要接地。

b 、不準(zhǔn)使用刷子和噴霧器清洗印數(shù)電路板。

c 、從清洗籃中拿出來的工件要立即放入蒸汽去油劑中。

d 、只有在工件接地良好或在工件上采用靜電消除器后才允許使用高速空氣和溶劑。

13 必須有生產(chǎn)線監(jiān)督者的允許才能使用靜電監(jiān)測(cè)儀。

14 在通電狀態(tài)時(shí)不準(zhǔn)插入或拔出集成電路，絕對(duì)應(yīng)當(dāng)按下列程序操作：

a 、插上集成電路或印刷電路板后才通電。

b 、斷電后才能拔出集成電路或印刷電路板。

15 告誡使用 MOS 集成電路的人員，決不能讓操作人員直接與電氣地相連，為了安全的原因，操作人員與地氣之間的電阻至少應(yīng)有 100K。

16 操作人員使用棉織品手套而不要用尼龍手套或橡膠手套。

17 在工作區(qū)，禁止使用地毯。

18 除非絕對(duì)必要外，都不準(zhǔn)工作人員觸摸 CMOS 或 NMOS 器件的引線端子。