3.2. Комплементарные интегральные мдп-транзисторы

Комплементарными называют такие пары объектов одного вида, некоторые свойства которых противоположны. Так, комплементарными являются n- и p-канальные МДП-транзисторы, биполярные транзисторы с n-p-n и p-n-p структурами.

На рис. 9 изображён фрагмент ИС с комплементарными МДП- транзисторами (КМДП-транзисторы). Именно КМДП ИС стали основным типом цифровых ИС благодаря исключительно благоприятным свойствам КМДП-ключей (раздел 4.3).

Рис. 9

Изготовление таких ИС несколько сложнее. Р-канальные транзисторы изготавливаются отдельно от n-канальных, что требует дополнительных фотолитографий. Изготовление их истоков и стоков потребует также отдельной операции диффузии акцепторной примеси. Наконец, здесь необходим дополнительный слой n-типа, так называемый n-карман. В такие карманы будут помещены все р-канальные транзисторы. В отсутствие карманов все они будут электрически соединены с подложкой и, тем самым, через подложку друг с другом, что недопустимо.

3.3. Интегральный биполярный транзистор

В некоторых отношениях биполярные транзисторы превосходят МДП-транзисторы. Кроме того, сначала в ИС использовались именно БТ. Поэтому, а также в силу инерции производства и рынка, ИС на основе БТ иногда ещё применяются (ИС на интегральных БТ).

На рис. 10 изображён фрагмент подложки ИС с интегральным БТ наиболее распространённой структуры n-p-n. Очевидно, что изготовление такого транзистора потребует намного большего числа технологических операций (сравните с рис. 9).

Рис. 10

Самый глубокий слой в таком БТ – это так называемый скрытый n⁺-слой, т.е. слой с высокой концентрацией примеси. Его нельзя создать диффузией примеси сверху. Поэтому изготовление БТ начинается с эпитаксии на поверхности подложки сплошного n⁺-слоя. Затем на него наращивается будущий коллекторный n-слой. Эти два слоя потребуется разделить на отдельные островки со структурой n⁺- n, в каждом из которых будет сформирован БТ. Для разделения островков понадобится первая фотолитография и так называемая разделительная диффузия акцепторной примеси, которая превратит промежутки между островками в кремний р-типа.

Для создания базы (р-слой) и эмиттера (n⁺-слой) потребуются ещё две фотолитографии и диффузии. Завершается изготовление напылением сплошного металлического слоя, ещё одной фотолитографией и травлением «лишнего» металла.

Процесс изготовления представлен здесь несколько упрощённо. Кроме того, существуют и другие варианты этого процесса.

3.4. Пассивные элементы ис

В настоящее время пассивные элементы (R, C, L) в ИС почти не применяются. При разработке ИС ограничиваются использованием, по возможности, одного – двух типов элементов. Этим достигается минимизация количества технологических операций, упрощение технологии изготовления и, тем самым, низкая себестоимость и высокий процент выхода годных, т.е. минимальный брак.

Некоторые типы пассивных элементов могут быть изготовлены «заодно» с транзисторами, что не потребует усложнения технологии.

Примером такого элемента является МДП-конденсатор, рис. 11.

Рис. 11

На этом рисунке изображен фрагмент ИС на МДП-транзисторах, где одновременно с МДП-транзистором (слева) можно изготовить МДП- конденсатор (справа). Как и в обычном конденсаторе, верхней «обкладкой» является слой металла, изготавливаемый одновременно с металлическими контактами и затвором транзистора. Как и в обычном конденсаторе, под верхней обкладкой расположен диэлектрический слой, в данном случае SiO₂. Затем следует нижняя «обкладка» в виде n⁺-слоя, изготавливаемого заодно с истоком и стоком транзистора. Хотя это не металл, (как в конденсаторе), но полупроводник с высокой концентрацией примесей, т.е. с высокой, как у металлов, электропроводностью.

Ёмкость такого конденсатора, как и у обычного конденсатора, это барьерная ёмкость С:

C = εε₀S / d, (4)

где εε₀ – диэлектрическая проницаемость диэлектрического слоя, S – площадь конденсатора, d – толщина диэлектрического слоя. Так как в ИС площадь элементов очень невелика, невелика и ёмкость МДП-конденсатора. Благодаря хорошим диэлектрическим свойствам SiO₂, его ёмкость отличается высокой температурной стабильностью и малыми потерями.

В ИС на биполярных транзисторах можно, не усложняя технологию, изготовить так называемый диффузионный резистор, рис. 12. Здесь слева –

Рис. 12

БТ, справа – резистор. Его рабочей частью является р-слой, изготавливаемый одновременно с базами БТ. Базовый слой выбран, как наименее легированный и наиболее высокоомный слой БТ. Как и у обычного резистора, сопротивление определяется свойствами токопроводящей части и её размерами:

R = ρL / S, (5)

где ρ – удельное сопротивление, L и S – длина и площадь поперечного сечения токопроводящей части. Размеры такого элемента, как и всех других элементов ИС, очень ограничены. Поэтому сопротивление диффузионного резистора не превышает десятков килоом, что чаще всего недостаточно много.

Название такого резистора связано с изготовлением его рабочей части с помощью диффузии примеси.