Коледов Л.А. - Технология ИС, страница 11

Один или несколько последовательно включенных в прямом направлении диодов БК вЂ” Э могут быть использованы как источники напряжения, равного напряжению на открытом переходе (около 0,7 В) или кратного ему. Их температурная чувствител ьность — 2 м В/'С. В температурно компенсированном стабилитроне, сформированном на основе базового и эмиттерного (рис. 2.17) слоя, при подаче напряжения между ит-слоями один переход работает в режиме лавинного пробоя, второй — в режиме прямого смещения. Температурная чувствительность напряжения на этих двух переходах имеет противоположный знак, поэтому суммарная температурная чувствительность такого стабилитрона менее ~2 мВ/'С.

47 2.4. АКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ДЛЯ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИХ И СВЕРХСКОРОСТНЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ Диоды Шотки. Применение диодов на р-и переходах, например в цепях связи элементов памяти с разрядными шинами в быстродействующих БИС, оказывается недостаточно эффективным из-за сравнительно больших времени их переключения и занимаемой площади. Во многих практически важных случаях предпочтение отдают диодам Шотки. структура которых представлена на рис. 2.18. Технологические трудности при формировании качественного диодного контакта металл — полупроводник заключаются в необходимости воспроизводимого и контролируемого состояния физических свойств поверхности полупроводника и границы раздела металл— полупроводник, для чего непосредственно перед напылением металлической пленки в условиях вакуума проводится ионно-плазменная очистка поверхности кремния.

Диоды с барьером Шотки получают, нанося металл непосредственно на кремний, легированный донорной примесью. При равномерно легированных эпитаксиальных слоях степень легирования должна быть достаточно низкой, чтобы барьер не оказался проницаемым для туннелирующих электронов. На практике концентрация легирующей примеси должна быть меньше!О'" см '.

Используют различйые высоты барьеров Шотки, получать которые можно, применяя разные металлы и (или) проводя под диод Шотки мелкую п~-ионную имплантацию, понижающую высоту барьера. Алюминий, который чаще всего используе~си для создания разводки, может также служить для формирования диодов Шотки (с высотой барьера 0,7 эВ), но воспроизводимость их параметров низка.

В этом отношении лучшие диоды 1!1отки получают, применяя сплав платины и никеля )х)(,Р1, „образующий силицидный слой при взаимодействии с кремнием. Меняя соотношение между никелем и платиной, можно получать высоты барьера от 0,64 (при !00% (х(1) до 0,84 эВ (при 100% Р1). Диоды с гораздо меньшими высотами барьера (соответственно 0,53 и 0,59 эВ) получают при использовании титана н вольфрама. Вторая трудность заключается в возможности возникновения сильных электрических полей на краях контакта металл — полупро- водник, приводящих к пробою диода. Для предотвращения пробоя применяют следующие конструктивные меры: формируют по периферии контакта сильно легированную р+-область, так называемое охранное кольцо (рис.

2.18, а), или диэлектрическую «прокладку» в виде тонкого (около 0,1 мкм) слоя 5рО2 (рис. 2.!8, б). В конструкции, представленной на рис. 2.18, в, контакт с барьером И1отки сформирован к л-области полупроводниковой структуры, а омический невыпрямляющий контакт — к и -области. Транзисторы с'диодами Шотки. Скорость переключения транзисторов, работающих в режиме насыщения, в цифровых схемах ограничена временем рассасывания избыточного объемного заряда, накапливающегося в областях базы и коллектора.

Принимаемые для повышении быстродействия транзисторов меры, связанные с ускорением процесса рассасывания (легирование структуры транзистора золотом, шунтирование диодом с р-и переходом) приводят к усложнению технологии, конструкции, снижают другие параметры (например, легнрование золотом снижает коэффициент усиления).

Изящным решением данной проблемы является сочетание интегрального транзистора с диодом И1отки, который шунтирует коллекторный переход транзистора. На рис. 2.19, а, б приведены две конструкции транзисторов с диодами Шотки. В них алюминиевая ж э б 3 К а) Рис. 2.19. Конструкции (а, б) и принципиальная схема (а) транзисторов с диодами Шатки с охранным кольцом (а) и с расширенным металлическим электродом (б) й н ЙР'~ а) 49 Рнс.

2.18. Конструкции цланарных диодов П!отки: а — с акра нм кгюьпо; 6 с тонки окислом по ернфернн контакта н расшмренным электродом, в — с выводамп вы рнмлию де о ° невского контактов па одму сторону волдзошин; ! — металл, образуюший с полупровплннко . и а б р ер Шотки; 2 — металл, обрвэуюшнй с псшупра. иодннкпы л'-гнив ом вский контакт Рис. 2.20 Фрагмент топологии микрос- хемы, содержащей транзисторы с диодаыи Шатки: йь К2 . диффузионные резне оры. Утц Утт тршписторы Шепни, Г 3 конгурм об.

астей соответственно кслл к ор, базы, эмитгсра. 4.5— но туры ионгаити к окоп кп . ект ру, з тгеру, 6 — д д Шшкн, à — трынка разде а м га л полупров линк, нв к р й образу тсл барьер Шот«н металлизация, обеспечивая контакт с р-слоем базы, продлена в сторону коллекторного а-слоя. На первый взгляд, коллекторный слой оказался закороченным на базу.

На самом же деле алюминиевый пленочный проводник образует с р-слоем базы невыпрямляюший омический контакт, а с и-слоем коллектора выпрямляюший контакт Шотки (рис. 2.19, в). Конструктивные решения, показанные на рис. 2.19, а, б, могут быть использованы как в микросхемах, содержащих простые транзисторы (рис.

2.20), так и в микросхемах с многоэмиттерными транзисторами, в которых диоды с р-и переходом заменяются диодами Шотки. В обоих случаях увеличивается степень интеграции микросхем, отсутствует накопление и рассасывание избыточных зарядов и получается существенный (в 1,5...2 раза) выигрыш во времени переключения транзисторов из открытого в закрытое состояние. Быстродействующие интегральные транзисторы с уменьшенными размерами элементов. Пропорциональное уменьшение геометрических размеров всех областей элементов микросхемы является традиционным направлением увеличения ее быстродействия, что связано прежде всего с уменыненнем паразнтных емкостей р-и переходов. Первенство по быстродействию сохраняют за собой биполярные ий -р-п-транзисторы, к физической структуре и характеристикам областей которых предъявляются специфичные и одновременно противоречивые требования ($2.1): высоколегированный эмиттер с малой глубиной залегания р-и перехода и большим градиентом концентрации примеси в области эмиттерного р-и перехода; тонкая активная база с достаточно высокой концентрацией примеси, малым сопротивлением и одновременно сравнительно высокими значениями напряжения пробоя перехода и прокола базы.

Минимальный геометрический размер топологии определяется возможностями литографии, В настоящее время осуществляется переход к минимальному проектному геометрическому размеру топологии 1,5...2 мкм (проекционная фотолитография), намечается переход к субмикронным (менее 1 мкм) размерам (электронолитография, рентгенолитография) . Существенное уменьшение глубин залегания р-и переходов связано прежде всего с освоением технологии ионного легирования, которое, однако, обладает существенным недостатком: очень высок уровень дефектности областей кремния, непосредственно подвергшихся ионной бомбардировке.

Эти недостатки могут быть устранены следующим образом: на подложку с эпитаксиальным слоем наносится пленка поликристаллического кремния, которая и подвергается локальной ионной бомбардировке. Затем проводится диффузионный отжиг, в процессе которого легирующая примесь диффундирует из пол икремния в монокристаллическую подложку на небольшую глубину. Конструкция сформированного таким образом быстродействующего транзистора показана на рис. 2.21. Она сформирована в эпитаксиальном слое п-типа толщиной 1,5 мкм, глубина эмиттерного БО Рис. 2.21.

Структура быстрааействуюизйсо биполириото транзистора: З вЂ” нокл мка, у — скрытый елей; а — нз лируююан область; З— зинтзкснальн й слой, 5..т рмичесний ннсел, б- блнст нс. санной базы, 7 - обл а ~ т н. ной базы й- змиттернз» об. лась, р — р линос сыо кремни, !а — алюм . нне аи разаоака йу уБ7 Б Я Б Б э Б Рис. 2.22. Вертикальттаи структура иитетральиого транзистора с змиттерои иа гетероиерейоде (а) и ее сравнение со структурой интегрального планарии-зиитаксиальиого транзистора (б) 51 перехода составляет 0,2 мкм.