19. Методы изоляции элементов п/пр имс.
Методы изоляции элементов полупроводниковых ИМС: Для разрыва путей токов утечки между элементами ИМС локальные области в которых формируются ЭМ элементы, должны быть изолированы друг от друга.
В технологии изготовления биполярных ИМС могут использоваться несколько методов изоляции, важнейшими из которых являются :
1. Изоляция обратно смещенными p-n переходами;
2. Изоляция диэлектрическими материалами (оксидом кремния, нитридом кремния, поликристаллическим кремнием, ситиллом, оксидом аммония);
3. Изоляция путем формирования активных и пассивных элементов на непроводящих подложках;
4 .Изоляция путем создания меза-структур с помощью вертикального анизатропного травления;
Изоляция обратно-смещенным p-n переходом
Недостатки: достаточно большие площади изолирующего p-n перехода, а значит низкая степень интеграции. Кроме того изолирующие переходы мешают нормальной работе схемы (электрические потери, токи утечки). Немаловажная роль в потерях принадлежит p-n-p транзисторам, возникающим между базой и изолирующим слоем p+ типа.
Этот метод не имеет предыдущих недостатков.
При этом методе на подложку наносится эпитаксиальный слой того же типа проводимости, но с большей концентрацией основных носителей.
Затем поверхность окисляют в сухом кислороде и глубокой фотолитографии вытравливают канавки.
Далее на внутренней поверхности канавок создают слой оксида кремния. Затем со стороны окисленных канавок наращивают поликристаллический кремний Si, который является опорным. С нижней стороны убирается часть подложки убирается шлифовкой до достижения оксида кремния. Затем образец переворачивается, и в образовавшихся нишах формируются элементами одним из вышеописанных методов. При таком методе изоляции расстояние между элементами составляет 8 - 10 мкм.
20. Базовые структуры п/пр имс: резисторы, транзисторы.
(структура диффузионного резистора)
Диффузионные резисторы, применяемые в полупроводниковых ИМС, формируют на той же подложке, что и остальные элементы схемы (транзисторы, диоды, конденсаторы). Поскольку для изготовления транзисторной структуры требуется большое количество высокотемпературных процессов, резистивный элемент может быть получен одновременно с какой-либо из областей транзистора. В практических случаях, как было отмечено ранее, резистор чаще всего формируют на базовом слое транзисторной структуры. Выбор этого слоя представляет компромиссное решение между большими геометрическими размерами, которые были бы необходимы при использовании эмиттерного слоя, и высоким температурным коэффициентом сопротивления резистора, который получался бы при очень слабом легировании кремния, т.е. при выборе в качестве материала резистора коллекторного слоя транзистора. Следует, однако, отметить, что эмиттерный слой можно применять при формировании низкоомных термостабильных резисторов.
На Рис. 11 показано сечение диффузионного резистора с электропроводностью p- типа, сформированного на базовом слое транзисторной структуры типа n-p-n. Как видно из рисунка, структура диффузионного резистора состоит из базового слоя и исходной подложки. Следовательно, эту структуру можно рассматривать как особый транзистор типа p-n-p. Однако усиление такого транзистора очень незначительно, так как его база, роль которой выполняет коллекторный слой транзистора ИМС, имеет достаточно большую ширину. Если переход эмиттер-база транзистора p-n-p типа не смещен в обратном направлении, то будет наблюдаться большая утечка тока из резистора в подложку, поэтому n- область этой транзисторной структуры необходимо подключать к источнику питания, сообщающему ей положительный потенциал, чтобы поддерживать переход база-коллектор паразитной транзисторной структуры типа p-n-p в закрытом состоянии. Конструктивные элементы и эквивалентная схема диффузионного резистора показаны на Рис. 11. Эквивалентная схема диффузионного резистора содержит
4
следующие основные и паразитные элементы: R1 - сопротивление проводящего слоя резистора (p- области, свободной от объемного заряда); R2 - сопротивление токам утечки n- области; R3 - омическое сопротивление контактов; R4 - сопротивление токам утечки подложки; C1 - емкость верхнего p-n- перехода 1; C2 - емкость нижнего p-n-перехода 2; Т - паразитный транзистор типа p-n-p с малым коэффициентом передачи тока.[2. стр. 83-84].
Рис. 11 Структура и эквивалентная схема диффузионного резистора)
Структура планарно-эпитаксиального транзистора
На Рис. 12 показана структура планарно-эпитаксиального транзистора полупроводниковой ИМС со скрытым n+ - слоем. Его отличие от дискретного транзистора подобного типа заключается в том, что коллекторный вывод выполнен с верхней стороны исходной подложки, что и обуславливает более высокое сопротивление коллекторной области. Диодная изоляция островка вокруг коллекторной области интегрального транзистора вносит два паразитных элемента: диод ДКП на переходе коллектор - подложка и ёмкость СКП на том же переходе, как показано на Рис. 12. Структура между эмиттерным, базовым и коллекторным контактами на Рис. 12 электрически эквивалентна дискретному транзистору. Те или иные числовые значения номиналов сопротивления rК и ёмкости СКП зависят от геометрической конфигурации и расположения транзистора на подложке. Скрытый n - слой обеспечивает низкоомный путь тока от активной коллекторной области к коллекторному контакту и уменьшает паразитное влияние транзистора p-n-p между базой p - типа и подложкой n - типа при прямом смещении.[2.стр66].
Рис. 12 Структура и эквивалентная схема транзистора ИМС