MOS晶體管在集成電路內結構舉例及布線方法分析

本節舉一個MOS集成電路的例子，敘述MOS晶體管在集成電路內是如何構成，如何連接的。

（1）MOS晶體管的概念

為便于理解，圖3.11再畫出MOS晶體管的剖面結構。在MOS結構的電容上加電壓，就可以在半導體表面感生電荷，MOS晶體管就是利用感生電荷的電導性實現其工作的。在N溝道的場合，如在柵上加正電壓，就會在半導體內感生電子，增加N區的源-漏之間的電流。MOS在集成電路內結構舉例因此，集成電路結構由P型襯底內的兩個N型區。這兩個區域之間覆蓋的絕緣膜、金屬柵電極以及這些電極之間的連線構成。

（2）集成電路結構舉例

圖3.12給出N溝道MOS存儲器大規模集成電路的局部放大照片及與之對應的排布圖形。這一部分大致包括存儲器觸發器電路的一半。最下面看到一半的是放大晶體管，它上面是進行寫入和讀出的位晶體管，右上角為電源VDD。左側為負載晶體管。

現以位于中心部分的位晶體管來說明晶體管的構成方法。

N型擴散區用單斜線表示，配置在上下兩方。上側的擴散區為該位晶體管專用；下側的擴散區與放大晶體管的漏區共用。向左然后再向上延伸，與負載晶體管的源共用。

為了由上方的N型區引出電極，要除掉N型區中畫交叉斜線部分的氧化膜，在此處覆蓋鋁電極，形成歐姆接觸。

另外，柵電極與引線是共用的。與上下擴散區間隙部分重疊的鋁電極橫貫左右，同時構成柵區。

圖3.12上部的負載晶體管與上述位晶體管的情形不同。此負載晶體管的柵和漏在電學上連在一起，均與電源電壓相連，是一種名曰漏接地負載的形式。MOS在集成電路內結構舉例。此處，柵電極與電源VDD相通，整個覆蓋著鋁電極。同時，為了增高這個負載晶體管的電阻值，減少其電流，應使柵寬度遠小于柵長度，在源漏方向作成細長條的形狀。

（3）布線方法

由圖3.12也可以了解，MOS集成電路的交叉布線較雙極型為易。雙極型晶體管拓撲結構是，發射極被基極圍住，基極又被集電極圍住。因此，為了從發射極引出電極，如不通過覆蓋絕緣層的基極和集電極部分從上面引出，在別處就引不出來。

但是，MOS晶體管中的源和漏是在不同的區域由同一擴散工序作成的。因此，在N溝道的場合，在P型襯底上各處都散在著N型區。對N溝道而言，電路內只存在正電位，這些處于P型襯底內的N型區為零偏置或反向偏置。因此，這種擴散區可作為引線使用。

今以圖3.12的例子進行說明。位晶體管與放大晶體管共用的N型區可向左延伸然后向上延伸，與負載晶體管的源相連。此時位晶體管的柵電極也向左延伸并與擴散區交叉。MOS在集成電路內結構舉例。這種交叉是擴散層與鋁引線的交叉，二者之間用氧化膜隔離。容易實現這樣的交叉布線是MOS晶體管的一個特點。因此，相當復雜的大規模集成電路也毋需靠多層布線實現。

MOS集成電路設計中值得注意的是設法不產生寄生的MOS器件。在3.2.4節中將要談到，有一種方法可以避免產生寄生的MOS管，就是只在MOS晶體管的部分減薄絕緣膜，在其它布線處則增厚絕緣膜。圖3.12中從位晶體管跨到放大晶體管用虛線表示的部分就是薄氧化膜的部分。

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