8.3. Способы электрической изоляции элементов полупроводниковых ис

8.3.1. 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.

8.3.2. Изоляция p-n-переходом

На рис. 8.7 показана структура интегральногоn-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. Подробнее о транзисторе будет расска­зано в § 9.1. 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.

8.3.3. Изоляция коллекторной диффузией

При этом способе (рис. 8.8) исходным является создание на под­ложкеp-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. 8.7 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.

8.3.4. Изоляция диэлектрическими пленками

На рис. 8.9 показана пос­ледовательность операций изоляции элементов тонкими диэлектрическими пленками. На исходной пластинеn-кремния выращивается эпитаксиаль­ный n⁺-cлой (рис. 8.9,а). На по­верхности пластины анизотроп­ным травлением на глубину 20...30 мкм создаются канавки треугольной (V-образной) фор­мы (рис. 8.9,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. 8.9,в). Исходный монокристалл n-кремния со-шлифовывается снизу до тех пор, пока не вскроются верши­ны вытравленных канавок (рис. 8.9,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.