15. Разновидности технологий биполярных ис (диффузионно-планарная, эпитаксиально- планарная, изопланарная, полипланарная ).

ИЗОЛЯЦИЯ ЭЛЕМЕНТОВ В ПЛАНАРНЫХ СТРУКТУРАХ

конструктивно-технологическиЕ показателИ ПЛАНАРНЫХ СТРУКТУР:

1. качество межэлементной изоляции

2. размер вентиля

3. количество циклов фотолитографии и легирования.

ИЗОЛЯЦИЯ ЭЛЕМЕНТОВ В БИПОЛЯРНОЙ ТЕХНОЛОГИИ

1. основной схемный элемент n-p-n транзистор

2. биполярный транзистор – трехэлектродный полупроводниковый прибор с двумя взаимодействующими электронно-дырочными переходами

3. транзистор образуют области базы (Б), эмиттера (Э) И коллектора (К)

СПОСОБЫ ИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ

Биполярные транзисторы полупроводниковых ИС формируются на подложке монокристаллического кремния р-типа в изолированных от нее локальных областях n-типа, называемых карманами.

Изоляция карманов (элементов формируемой структуры) обеспечивается:

1. обратно смещенными p-n переходами

2. диэлектрической пленкой двуокиси кремния

3. их сочетанием

Диффузионно-планарная структура

ОСОБЕННОСТИ ДИФФУЗИОННО-ПЛАНАРНОЙ ТЕХНОЛОГИИ

1. наиболее простой по технологии реализации способ изоляции обратно смещенными переходами

2. неравномерное распределение концентрации примеси в области коллектора. на поверхности пластины она максимальна, а на дне коллекторной области минимальна

3. высокое значение сопротивления области коллектора, расположенной под дном базы увеличивает время переключения транзистора.

ПОРЯДОК ФОРМИРОВАНИЯ ДИФФУЗИОННО-ПЛАНАРНОГО ТРАНЗИСТОРА

1. заготовка - пластина монокристаллического кремния р-типа

2. создание на поверхности пластины диэлектрического слоя siО₂

3. фотолитография для вскрытия в пленке окон коллекторных областей

4. травление пленки siО₂ во вскрытых окнах

5. термическая диффузия атомов примеси-донора для формирования коллекторного кармана (области n-типа)

6. термическое окисление кремния для закрытия сформированных коллекторных областей

7. формирование базовой и эмиттерной областей

8. для создания связей между элементами структуры в слое siО₂ вытравливают окна

9. пластину покрывают слоем алюминия толщиной порядка 1,0 мкм. в вытравленных окнах образуется контакт с алюминием

10. при помощи фотолитографии и травления по алюминиевой пленке формируется система периферийных контактов и межсоединений

11. для обеспечения формирования невыпрямляющего контакта алюминия с коллектором под коллекторным контактом формируют высоколегированную область n⁺ типа.

Эпитаксиально-планарная структура

ПОРЯДОК ФОРМИРОВАНИЯ ЭПИТАКСИАЛЬНО-ПЛАНАРНОГО ТРАНЗИСТОРА

1. заготовка - пластина монокристаллического кремния р-типа

2. снятие слоя окисла и очистка поверхности пластины

3. осаждение слоя монокристаллического кремния n-типа для формирования эпитаксиального коллектора

4. окисление поверхности пластины

5. фотолитография и травление окисла для вскрытия окон под разделительные области

6. диффузия акцепторной примеси для формирования сомкнутых с р-областью разделительных областей р+ - типа

7. формирование изолированных участков эпитаксиального слоя кремния n-типа

8. последовательное формирование базы и эмиттера диффузионным методом.

НЕДОСТАТКИ МЕТОДОВ ИЗОЛЯЦИИ ОБРАТНО-СМЕЩЕННЫМИ ПЕРЕХОДАМИ

1. большие значения токов утечки

2. большие значения паразитных емкостей и, как следствие, низкое быстродействие

3. большая площадь элементов (с учетом разделительных областей)

4. низкое значение пробивного напряжения

5. низкая радиационная стойкость

СТРУКТУРЫ С ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ

Для изготовления структур с полной диэлектрической изоляцией требуются трудоемкие операции шлифования и полирования кремниевых подложек. Поэтому на практике используют технологически более простые изопланарные и полипланарные структуры с комбинированным методом изоляции.

ПРЕИМУЩЕСТВА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ИЗОЛЯЦИИ

1. более высокая радиационная стойкость

2. более высокая плотность размещения элементов

3. более высокий % выхода годных

4. уменьшение паразитных емкостей и повышение быстродействия

изопланарнАЯ структурА

ОСОБЕННОСТИ ИЗОПЛАНАРНЫХ СТРУКТУР

1. вместо разделительной диффузии используется сквозное окисление

2. для создания маски с разделительными окнами по контуру области коллектора осаждают диэлектрическую пленку из нитридА кремния Si₃N₄

3. маска закрывает область коллектора при сквозном окислении кремния, после чего стравливается.

ПОЛИПЛАНАРНАЯ СТРУКТУРА

ОСОБЕННОСТИ ПОЛИПЛАНАРНЫХ СТРУКТУР

1. в полипланарной структуре вместо сквозного окисления формируют изолирующие v-образные канавки:

2. сквозное анизотропное протравливание

3. термическое окисление поверхности канавок

4. заполнение объема канавок поликристаллическим кремнием.