Коледов Л.А. - Технология ИС, страница 15

Для снижения последовательного сопротивления базы можно дополнительно легировать бором область пассивной базы или создать базовый контакт по обе стороны эмиттера, но это, конечно, увеличит размеры транзистора. В некоторых логических схемах, например И Л (см. рис. !.19), и-р-п-транзисторы включены инверсно, и тогда скрытый слой работает как эмиттер. Для получения резкого диффузионного профиля между эмиттером и базой и ширины базы, почти не зависящей от толщины эпитаксиального слоя, разработана технология восходящей диффузии: перед выращиванием эпитаксиального п-слоя в подложку локально имплантируется примесь р-типа (бор), которая при последующей высокотемпературной обработке диффундирует вверх в растущую эпитаксиальную пленку п-типа, благодаря чему формируется вертикальный п -р п-транзистор с сильно легированным эмиттером п+-типа, тонкой областью (0,3 мкм) базы р-типа и слабо легированной коллекторной областью (рис.

2.36). Затем создается омический контакт к заглубленной базе р-типа и производится выделение эпитаксиальной коллекторной области п-типа путем кольцевой диффузии примеси рчхтипа вниз через эпитаксиальный п-слой до касания с базой. Этот метод можно сочетать с методом комбинированной изоляции. Интегральные биполярные транзисторы р-и-р-типа В большинстве случаев эмиттер и коллектор горизонтального р-п-р-транзистора (см. рис.

2.!3) формируются при совместимой с процессом изготовления п-р-п-транзистора мелкой р-диффузии (база п-р-п-прибора), а эпитаксиальный п-слой служит базой р-п.р-транзистора. Ширина базы р-п-р-транзистора определяется разрешающей способностью фотолитографии и зависит от боковой диффузии бора под окисел (в силу технологических ограничений трудно получить с хоро- Рнс. 2.37. Структура ннверснонно включаемого р-н-штранзкстора, представлвюшего собой р-и-р-транзнстар с диодом Шатки в качестве коллектора (КШ] шей воспроизводимостью базу шириной менее 0,5 мкм). Инжекция дырок из эмиттера р-типа вниз в эпитаксиальный слой приводит к избыточному количеству в нем иеосновных носителей, которые, диффундируя через скрытый слой к подложке, создают паразитный ток (т.

е. как бы образуется паразитный вертикальный р-п-р-транзистор). По этой причине 1, горизонтального р-п-р-транзистора невелика, и коэффициент усиления по току тоже мал. У специальных инверсно включенных р-п-р-транзисторов коллектором служит диод Шотки (см. рис. 2.37). Их называют также р-п-гп-транзисторами (т — означает металл) .

Достоинство р-п-гп-транзистора заключается в том, что его фиксация диодом Шотки происходит автоматически. Показано, что р-п-гп-транзистор можно создать совместно в технологическом процессе производства вертикальных п-р-п-транзисторов; для этого требуется дополнительная область р -типа, полученная восходящей диффузией примеси р-типа из подложки. Варианты конструкций элементов БИС и СБИС с применением поликристаллического кремния. Введение пленок поликристаллического кремния (ППК) в технологические процессы производства биполярных транзисторов открыло целый ряд новых способов повышения плотности упаковки и рабочих характеристик транзисторов.

На рис. 2.38, а представлена структура интегрального биполярного транзистора с выступающими поликремниевыми электродами (см. рис. 2.35, а). Здесь источником примеси при диффузии для создания эмиттера (см. 32.4), а также в качестве выступающих электродов эмиттера и коллектора служит поликристаллический кремний, легированный мышьяком, обрабатываемый так, чтобы он образовывал нависающий край.

Напыленная сверху металлическая пленка в области нависающего края имеет разрыв, благодаря чему достигается экономия площади, отводимой на зазоры между электродами базы и эмиттера. В этих схемах размеры эмиттера составляют ЗХ4 мкм', площадь базы — 64 мкм, последовательное сопротивление базы 111 Ом, !',=7 ГГц. Другая конструкция транзистора с ППК дана на рис. 2.38, б (сравни с конструкцией на рис. 2.34, а). Здесь эмиттер также создается диффузией примеси из поликристаллического кремния, легированного мышьяком. а7 3 зг3 Рис.

2.33. Конструктивно-технические варианты транзисторнык структур БИС н СБИС с использованием пленок поликристаллического кремния. и — с вмстусающимн пол кремниевммн ыектрод мн и нзолнпией р-и пер«кодо»; б — с заступающими полинремниевмм электрол ми н комбинированной иэоаниией е — с с иосовмещеннммн базой н эмиттером и комбинированной изол пней, г с двумн довми в ре и напев р-н пврекодами; ! — ерми вский окисел, 3 — метадлнисск е про однилн, 3- пленки полнкрнсталлнееского нремннн; йпленк з шитного днэ.е тр «а Окисляя поликристаллический кремний и проводя селективное травление, можно удалить окисел с базы транзисторов, сохранив его на поликристаллическом кремнии. Тогда можно осаждать металл, который контактирует с базой и изолирован от эмиттера.

Металлический контакт к эмиттеру расположен в другом сечении (рис 238, б). На основе показанной на рис. 2.34, о структуры транзистора путем нанесения ППК, локального ионного легирования ее мышьяком и бором и последующей диффузией этих примесей из ППК в монокристаллический кремний для создания эмиттерной области и (уч -области базового контакта получают транзистор, изображенный на рис. 2.38, в.

Размер такого транзистора может быть очень мал, но сугцествует некоторое дополнительное сопротивление базы за счет последовательного сопротивления легированного бором поликристаллического кремния, поэтому конструкция непригодна для создания микросхем с очень высоким быстродействием. Резисторы формируются одновременно с транзисторной структурой на основе легированного бором поликристаллического кремния; это дает возможность уменьшить паразитные емкости и расстояния между резисторами. Конструкция транзистора с самосовмещением и с применением поликристаллического кремния, аналогичная предыдущим, показана на рис.

2.38, г. Различие состоит в том, что электроды яз поликристаллического кремния и межэлементные соединения сплавлены с платиной для уменьшения удельного сопротивления до 3 ОмУП. В наиболее перспективном варианте конструкции используют два слоя поликристаллического кремния, что позволяет получать малые эмиттеры, близко расположенные базовые контакты и перекрывающиеся электроды (рис.

2 38, г). Эмиттеры шириной 1 мкм создаются методом ~очной литографии и маскирования с помощью нитрида кремния. Этим методом уже изготовлены транзисторы с пазмерами эмиттера 1ХЗ мима, плоуцадью базовой области 42 мкм: емкостью перехода база — эмиттер 0,013 пФ, емкостью перехода база — коллектор 0,022 пФ, емкостью перехода коллектор — подложка 0110 пФ и последовательным сопротивлением базы 370 Ом. Закрытый поликристаллическим кремнием эмиттер транзистора дает определенные преимущества. Во-первых, это предотвращает взаимодействие с монокристаллическим кремнием при создании контактов из силицида платины.

Во-вторых, если между поликремнием и монокристаллнческой сбластью эмиттера находится очень тонкий слой Ь!Ор, то формируется гетеропереход и возрастает коэффициент усиления транзистора по току (см. $2.4). Ощутимое улучшение характеристик ИйЛ-схем дает использование полнкремния в качестве контактов с и+-областями многоколлекторного транзистора (рис.

2.39). Стандартная И'Л ячейка схемы И получается на основе многоколлекторного и-)у-п-транзистора, работающего в режиме инверсного включения, нагрузочным прибором служит насыщенный горизонтальный р-п-р-транзистор, работающий в режиме насыщения (см. 3 1.3, рис. 1.19, 3 2.2). При использовании легированного поликремния в качестве источника примеси при диффузии для создания и -коллекторных областей, контакты к ним получаются самосовмещенными, в результате чего плоцйадь транзистора резко сокращается, ~то увеличивает его предельную частоту и быстродействие.

Внешние базовые области между коллекторами п+-типа электрически объединены металлической перемычкой, в результате чего резко снижаются последовательные сопротивления коллекторов и сводится практически к нулю различие времен переключения между первым и последним коллекторами. При коэффициенте разветвления по выходу, равном трем (см. рис. 2.39), и минимальном проектном геометрическом размере в 2,5 мкм ИаЛ-схемы имеют время задержки на один логический элемент 0,8 нс при токе порядка 100 мкА, что соответствует произведению мощности на время задержки 0,1 пДж, А А~ -( б х и 3 Рис. 239.

Структура ИзЛ-ячейки, наготовленной с применением легированных плеу нок полнкремиия с самосовмешеннем контактов и коалекторным областям н с ливлектрическимн нстенкамн»: à — термниескнй пкнсел; 3 в метвлнннескне проводники: 3 в пленка поликристаллического кремни» зе 67 лнад Рис. 2.40. Поперечное сечение гориаон галиного полнкремниевого диода: ! — и илоака, à — пленка аЮ, Л ле ирован ннй полилренннй р-типа; 4 — легнрованинй п лнкреннвй п.типа электровровокноетн; 5 — эа щитпнй лиэле рип Горизонтальные диоды из поликристаллического кремния.

Такие диоды можно создавать над окислом (рис. 2.40), При узких полосках поликристаллического кремния легко получить активные площади переходов диодов всего лишь в несколько квадратных микрометров. Прямые напряжения этих диодов, как правило, слишком высоки для фиксации биполярных транзисторов. Однако времена переключения у них очень малы благодаря малым временам жизни неосновных носителей. Следовательно, диоды этого типа, очень удобны для переключения в логических схемах.