1.4.3 Планарно-эпитаксиальная технология изготовления имс

П ланарно-эпитаксиальные транзисторы изготавливают методом двойной диффузии. На подложке p-типа выращивается эпитаксиальный слой n-типа, в котором затем формируется коллектор. Эпитаксиальный слой характеризуется равномерным распределением примеси. Базовая и эмиттерная области формируются путем локальной диффузии примесей в эпитаксиальный слой коллектора.

Для уменьшения сопротивления коллектора и влияния подложки на характеристики транзисторов в коллекторной области создается n⁺-слой, имеющий меньшее сопротивление по сравнению с эпитаксиальным n-слоем. Скрытый n⁺-слой получают при помощи дополнительной диффузии донорных примесей в соответствующие участки подложки. Структура такого транзистора показана на рисунке 1.7.

1.4.4 Диоды

Как правило, диоды представляют собой интегральные транзисторы в диодном включении. Используется 5 вариантов включения транзистора (рисунок 1.8).

В этих схемах разные напряжения пробоя U_проб, прямые напряжения U_пр и обратные токи I_обр. В схемах а), б), г) – U_проб определяется эмиттерным переходом и составляет 5…7 В. В схемах в), д) - U_проб = 20…50 В. В схемах а), г) минимальный обратный ток, наибольший ‑ у схемы б). Напряжение U_пр увеличивается в схемах в следующем порядке: в), а), б). д), г) с ростом прямого тока.

1.4.5 Резисторы

Изготавливаются методом локальной диффузии примеси в островки эпитаксиального слоя. Используется одна из областей транзистора. При использовании области эмиттера создаётся наименьшее сопротивление (0,5 Ом/квадрат), при использовании базы – наибольшее (100-300 Ом/квадрат). Диапазон сопротивлений от десятков ом до нескольких десятков килоом, с 5…20 % допуска и мощностью рассеяния 0,1 Вт.

При увеличении частоты уменьшается сопротивление резистора, так как имеет место барьерная ёмкость изолирующего p-n перехода, сопротивление которого уменьшается. Для увеличения сопротивления резистора надо уменьшить толщину диффузионной области, для этого увеличивают глубину проникновения в неё эмиттерной n-области. Эти резисторы называются пинч-резисторами.

1.4.6 Конденсаторы

Используется барьерная ёмкость p-n перехода, смещённого в обратном направлении (диффузионные конденсаторы).

Эмиттерный переход имеет наибольшую ёмкость, но низкое пробивное напряжение. Ёмкость коллекторного перехода меньше емкости эмиттерного перехода примерно в пять раз, но имеет большее пробивное напряжение, а также он имеет большие паразитные ёмкости. У емкости коллектор-подложка меньше паразитные ёмкости, но уменьшается и барьерная емкость.

1.4.7 Индуктивности

Катушки индуктивности в полупроводниковых ИМС не используются. Создаются схемные элементы, реализующие индуктивный эффект, например, гираторы.

1.4.8 Изоляция элементов имс.

Во избежание короткого замыкания элементы ИМС изолируются друг от друга. Способ изоляции ИМС делится на три вида:

а ) с помощью дополнительных обратно смещенных p-n переходов между элементами. Используется в схемах по планарной технологии.

На высокоомную пластину p-Si через маску наносится слой SiO₂ (рисунок 1.9). Через незащищенные участки в p-Si осуществляется диффузия примеси n-типа. Затем к области p подключается минус, а к области n ‑ плюс. Образуются изолированные «островки», в которых формируются элементы.

Недостатки:

• относительно небольшое сопротивление перехода;

• заметная емкость между изолируемыми элементами;

• увеличение площади схемы.

Достоинства:

• низкий процент бракованных схем при производстве;

• низкая стоимость.

б) изоляция «островков» пленкой двуокиси кремния используется в схемах по планарно-эпитаксиальной технологии.

Н а n-Si со слоем n⁺ формируется маска из слоя двуокиси кремния SiO₂ (рисунок 1.10,а). Незащищённые SiO₂ участки травятся на определённую глубину (рисунок 1.10,б). Получаются канавки. Путём термического окисления поверхность снова покрывают слоем SiO₂ (рисунок 1.10,в). Затем эпитаксиальным нара-щиванием наносится слой поликристаллического крем-ния (рисунок 1.10,г). Система переворачивается, кремний ошлифовывается до окисла. Образуются «островки» n-Si. В них создаются элементы ИМС.

Таким образом, в подложке из кремния образуются “островки” n-Si, изолированные слоем SiO₂ друг от друга. Скрытый слой n⁺для уменьшения объёмного сопротивления области n-Si.

в) путём применения диэлектрической подложки (сапфир, кварц, оксид бериллия). На подложке выращиваются островки кремния, и в них формируется элемент ИМС в диапазоне СВЧ.