3. Способы электрической изоляции элементов полупроводниковых ис

3.1. Общие сведения

В полупроводниковых ИС используются как биполярные, так и МДП-структуры. Различие в структурах, а также способах электрической изоляции элементов приводит к различию функциональных возможностей и электрических характеристик.

Технологии изготовления биполярных и МДП-транзисторов близки, хотя есть и некоторые особенности: необходимость специальных процессов для изоляции элементов в биполярных схемах и процессов получения тонких пленок подзатворного диэлектрика в МДП-схемах.

Технологический процесс производства полупроводниковых ИС многооперационный и длительный. Общее число технологических операций превышает 500, а длительность технологического цикла - до 50 дней. Характеристика основных технологических процессов уже была дана. Здесь мы остановимся лишь на способах создания электрической изоляции.

При создании полупроводниковых ИС малой и средней степени интеграции широко используются способы изоляции обратновключенным р-n-переходом и диэлектрическими пленками двуокиси кремния. Для БИС разработана технология изоляции с одновременным использованием р-n-перехода и диэлектрических пленок.

3.2. Изоляция p-n-переходом

Н а рис.5 показана структура интегрального n-р-n-транзистора изолированного p-n-переходом. В этом транзисторе подложкой является кремний р-типа; на ней созданы эпитаксиальный n-слой и так называемый скрытый n⁺-cлoй.. Изолирующий р-n-переход создается путем диффузии акцепторной примеси на глубину, обеспечивающую соединение образующихся при этой диффузии р-областей с р-подложкой. В этом случае эпитаксиальный n-слой разделяется на отдельные n-области (изолирующие “карманы”), в которых и создаются потом транзисторы. Эти области будут электрически изолированы только в том случае, если образовавшиеся р-n-переходы имеют обратное включение. Это достигается, если потенциал подложки n-р-n-транзистора будет наименьшим из потенциалов точек структуры. В этом случае обратный ток через р-n-переход незначителен и практически исключается связь между n-областями (карманами) соседних транзисторов.

3.3. Изоляция коллекторной диффузией

П ри этом способе (рис.7) исходным является создание на подложке p-Si равномерного эпитаксиального р-слоя, а в определенных местах под ним – скрытого n⁺ слоя. Затем производят диффузию доноров через маску и создают боковые n⁺-области, касающиеся скрытого n⁺ слоя. В отличие от рис.6 образуется карман р-типа для создания р-базы и n-эмиттера. Совокупность скрытого n⁺ слоя и боковых n⁺ областей будет выполнять в транзисторе функцию коллекторной области с выводом К на поверхности. Переход между n⁺-областями и подложкой и обеспечивает изоляцию от другого элемента ИС, если подложка имеет наименьший потенциал.

3 .4. Изоляция диэлектрическими пленками

На рис.8. показана последовательность операций изоляции элементов тонкими диэлектрическими пленками. На исходной пластине n-кремния выращивается эпитаксиальный n⁺-cлой (рис.8, а). На поверхности пластины анизотроп­ным травлением на глубину 20...30 мкм создаются канавки треугольной (V-образной) формы (рис.8, б). Рельефная поверхность термически окисляется, так что получается изолирующая пленка SiO2 толщиной около 1 мкм. Затем на поверхность SiO2 наносится слой высокоомного поликристаллического кремния толщиной 200... 250 мкм (рис.8, в). Исходный монокристалл n-кремния сошлифовывается снизу до тех пор, пока не вскроются вершины вытравленных канавок (рис.8, г), в результате чего образуются изолированные друг от друга слоем SiO₂ монокристаллические области (карманы). Потом в этих карманах будут создаваться элементы интегральной схемы.

Диэлектрическая изоляция позволяет на несколько порядков снизить токи утечки и на порядок удельную емкость по сравнению с p-n-переходом. Существенным недостатком диэлектрической изоляции является необходимость точной шлифовки. Диэлектрические канавки могут быть и прямоугольной формы.