反相器 CMOS制造（Fabrication）与布局（Layout）

《CMOS VLSI Design A Circuits and Systems Perspective》

晶体管（Transistor）是在薄硅片（silicon wafer）上制造的，硅片既是机械支撑，又是电气公共点，被称为衬底（substrate）。我们可以从两个角度来研究晶体管的物理布局。一种是俯视图，通过向下看晶圆（wafer）获得。另一种是横截面，通过将晶圆片从晶体管中间切开并沿侧面观察得到。我们从一个完整的CMOS反相器（inverter）的横截面开始。然后我们看同一反相器的顶视图，并定义一组掩模用于制造反相器的不同部分。晶体管和导线的尺寸由掩模尺寸决定，并受制造工艺分辨率的限制。这一解决方案的持续进步推动了半导体行业的指数级增长。

1 反相器横截面

1.1 结构

下图显示了反相器的截面和相应的原理图。

在这个图中，逆变器建立在p型衬底（p-type substrate）上。pMOS晶体管需要一个n型区域，因此n阱（n-well）在其附近扩散到衬底中。

nMOS晶体管具有大量掺杂的n型源极（source）和漏极（drain）区域，以及一层薄薄的二氧化硅(SiO2，也称为栅极氧化物)上的多晶硅栅极（gate）。

n+和p+扩散区表示大量掺杂的n型和p型硅。pMOS晶体管是一个类似的结构，具有p型源极和漏极区域。

两个晶体管的多晶硅栅极连接在一起，形成输入A。

nMOS晶体管的源接金属GND线，pMOS晶体管的源接金属VDD线。

两个晶体管的漏级与金属连接，形成输出Y。

一层厚厚的二氧化硅，称为场氧化物（field oxide），防止金属短路到其他层，除非接触点是明确蚀刻的。

1.2 衬底的链接