为什么芯片制造常用P型硅

文章来源：Tom聊芯片智造

原文作者：Tom

本文主要讲述为什么芯片制造常用P型硅。

从早期的平面 CMOS 工艺到先进的 FinFET，p 型衬底在集成电路设计中持续被广泛采用。为什么集成电路的制造更偏向于P型硅？

什么是P型硅与N型硅？

在本征硅中，导电能力很差；向其中 掺入五价元素 （如磷 P、砷 As、锑 Sb）后，会多出一个“自由电子”；这些自由电子能自由移动 → 形成 电子导电为主的半导体 ，称为 N型硅 。

掺杂三价元素（如 硼 B ），由于硼原子比硅少一个价电子 → 会在晶格中形成“空穴”；这些空穴可以自由移动，成为多数载流子，用于构建NMOS器件。

采用P型硅的历史和实用原因？

1， NMOS器件早期主导

在70~80年代，早期数字电路多采用 NMOS-only 逻辑电路。

NMOS结构速度快、易于制作，直接构建在 P型衬底 上即可，不需要额外的阱（well）结构；

所以： P型衬底就是天然支持NMOS器件的基底 。

2，CMOS技术延续了P型晶圆结构

CMOS技术出现后，要同时集成 NMOS 和 PMOS：

NMOS：仍建在 P型 substrate 上 （与之前NMOS流程兼容）

PMOS：在 P型 substrate 上构建 N-well 来容纳PMOS

这意味着只需增加一个掺杂步骤，就能在已有的P型衬底上完成CMOS制造。

3，工艺兼容与良率控制 

使用 P型衬底更易控制 latch-up问题；

电子作为少子（在P型中），扩散距离短， 寄生效应易抑制 ；

衬底接地设计、阱隔离结构也围绕P型硅工艺进行优化。

4，衬底电位固定（简化偏置）

P型衬底直接接地（GND）即可，作为统一参考电位；若为N型衬底，衬底要接VDD，会因负载变化引入电位波动，造成PMOS VT偏移和噪声问题。