3 .5. Совместная изоляция p-n-переходом и диэлектрическими пленками

При этом варианте (рис.9) изоляция р-n-переходом осуществляется внизу структуры и слоем SiO₂ на поверхностях прямоугольных или V-образных канавок.

3.6. Интегральные схемы на непроводящих подложках

П аразитные емкости между отдельными элементами и емкости между элементами и подложкой снижают быстродействие ИС. Эти емкости можно существенно уменьшить заменой полупроводниковой подложки на непроводящую, например сапфировую (структура “кремний на сапфире”, КНС). На сапфире (рис.10) выращивается эпитаксиальный слой n-кремния толщиной 1...З мкм. “Островки” создаются локальным травлением кремния до сапфировой подложки. В островках создаются транзисторные структуры. После этого воздушные зазоры между островками заполняются изолирующим поликристаллическим кремнием, на поверхности которого создаются соединения элементов схемы.

4. Активные элементы интегральных микросхем

4.1. Биполярный транзистор

Структура биполярного транзистора в интегральных микросхемах отличается от структуры дискретного транзистора изоляцией от подложки. Другая особенность связана с тем, что вывод от коллекторной области интегрального транзистора осуществляется на верхней поверхности кристалла. Поэтому для уменьшения объемного сопротивления области коллектора перед эпитаксиальным наращиванием производится подлегирование подложки в тех местах, где будут сформированы транзисторные структуры, т.е. создается скрытый n⁺-слой, как показано на рис.11. Однако даже при наличии скрытого n⁺-слоя сопротивление коллекторной области интегрального транзистора оказывается больше аналогичного сопротивления дискретного транзистора, т.к. скрытый n⁺-слой отделен от коллекторного перехода высокоомным слоем коллекторной области. Это приводит к некоторому ухудшению частотных свойств интегрального транзистора в связи с увеличением постоянной времени перезаряда барьерной емкости коллектора. При этом необходимо учесть, что выходная емкость интегрального транзистора включает в себя барьерную емкость изолирующего перехода между областью коллектора интегрального транзистора и остальной частью кристалла.

Повышенное сопротивление коллекторной области приводит к увеличению напряжения насыщения интегрального транзистора U_кэнас по сравнению с дискретным транзистором.

Размеры интегрального транзистора существенно меньше размеров аналогичного дискретного транзистора.

Основу биполярных интегральных микросхем составляют транзисторы n-p-n-типа, которые имеют лучшие характеристики и проще в изготовлении по сравнению с транзисторами p-n-p-типа. Дело в том, что для формирования сильнолегированных эмиттерных областей транзисторов n-p-n-типа обычно используют диффузию фосфора, который имеет большую растворимость в кремнии и относительно малый коэффициент диффузии. Таким образом, для формирования p-n-p-транзистора необходимо провести еще одну дополнительную диффузию акцептора с предельной растворимостью, превышающей предельную растворимость фосфора, а такие акцепторы практически отсутствуют.

Поэтому основным вариантом интегрального транзистора p-n-p-типа является горизонтальный транзистор, представленный на рис.12. Для его формирования не надо вводить дополнительных технологических операций, т.к. p-области его эмиттера и коллектора получаются одновременно при создании p-области транзистора n-p-n-типа. Однако горизонтальный транзистор оказывается бездрейфовым из-за однородного легирования его базовой области. Толщина активной части базы горизонтального транзистора получается относительно большой. Все это приводит к посредственным частотным характеристикам горизонтального транзистора и его граничная частота обычно не превышает нескольких десятков мегагерц.

У горизонтального транзистора оказываются одинаковыми напряжения пробоя эмиттерного и коллекторного переходов и близки коэффициенты передачи тока эмиттера при нормальном и инверсном включении транзистора, так как области эмиттера и коллектора одинаковы по своим свойствам.

Горизонтальная структура позволяет легко получить могоколлекторный транзистор. Для этого достаточно кольцевую область коллектора разделить на несколько частей и сделать отдельные выводы от каждой части коллектора. Коэффициент передачи тока для каждого коллектора будет меньше, чем для единого коллектора, но все коллекторы будут работать синхронно, а нагрузки во всех коллекторных цепях будут электрически разделены.