3. Теоретические сведения

Транзисторные структуры являются основными конструктивным элементом полупроводниковых ИС. Типовой технологический процесс изготовления ИС на биполярных транзисторных структурах сводится к формированию в пластине кремния структур чередующейся проводимости n-p-n типа с определенными электрофизическими параметрами и характеристиками (рис.1).

Конструктивное исполнение изолирующих областей оказывает существенное влияние на электрофизические характеристики и в значительной степени определяет топологические площади транзисторной структуры, вносящих основной вклад в частотные параметры транзисторов и быстродействие ИС.

В связи с этим в микроэлектронике классификацию транзисторных структур принято проводить на основе технологических методов создания межэлементной изоляции.

Применяемые в промышленности методы изоляции транзисторных структур можно разделить на три основных группы:

• диодная изоляция (изоляция обратно-смещенным p-n переходом коллектор- подложка);

• комбинированная изоляция (боковая диэлектрическая и донная диодная);

• полная диэлектрическая изоляция.

Диодная изоляция характеризуется большими размерами областей активной транзисторной структуры и межэлементной изоляции и соответственно большими паразитными емкостями p-n переходов, что ухудшает частотные свойства интегральных транзисторов и схем.

Принципиальным шагом в совершенствовании биполярной технологии и конструкций транзисторных структур явился переход на создание боковой диэлектрической изоляции (БДИ). В сравнении с обычными планарными конструкциями транзисторы с БДИ имеют меньшую общую площадь и меньшие емкости боковых изолирующих областей.

П

p

p

a_e

b_e

a_b

олная диэлектрическая межэлементная изоляция ликвидирует паразитную емкость перехода коллектор – подложка и обеспечивает высокие граничные частоты транзисторных структур. Однако сложность технологии не позволяет достичь экономически выгодного процента выхода годных микросхем, что ограничивает ее применение.

Рисунок 1

В данной работе мы рассмотрим транзисторные структуры с боковой диэлектрической изоляцией.

Для изготовления таких структур на исходных пластинах высокоомного кремния формируются диффузией мышьяка локальные n+ скрытые слои, а затем эпитаксиальные n^-- -коллекторные слои. После создания тонкой (40-50 нм) демпфирующей пленки SiO₂ осаждается защитная пленка (80-100 нм) Si₃N₄, наносится пленка фоторезиста и в ней создается рисунок базовых и коллекторных областей. Затем плазмохимическим (или химическим) способом вытравливаются углубления приблизительно до половины эпитаксиальной пленки, создаются p+ противоинверсные области легированием ионами бора; удаляется фоторезист и глубоким термическим окислением кремния формируются области БДИ.

Последние имеют специфический профиль, связанный с наличием двух характерных участков, известных под названием “птичья голова” и “птичий клюв”.

Наличие такого профиля не позволяет сделать узкими, менее 4 мкм, области БДИ между n+ контактными коллекторными областями и p-базовыми областями, что ограничивает степень интеграции структуры.