Шишкин Г.Г., Шишкин А.Г. - Электроника (1006496), страница 39

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 39)

В такойструктуре разброс размеров ширины базы больше, чем в тран­зисторах, изолированных с помощью двойной диффузии (см.рис.7.1).В результате разброс значений коэффициентов усиле­ния по току больший и, как следствие, имеет место худшее со­гласование характеристик транзисторов. :Кроме того, посколь­ку п+-область контактирует с р-базой, снижается напряжениепробоя коллектор-эмиттер.Изоляция с помощью диэлекгрических слоев является хотя и бо­лее трудоемкой, но более совершенной. Процесс формированиядиэлектрической изоляции включает нижеследующие техноло­гические стадии.

Сначала на подложке п-типа создается диффу­зионный п+-слой, в котором формируется сетка пересекающих­ся ячеек. При последующем анизотропном травлении образу­ются У-образные канавки, стенки которых после термическогоРаздел2102.ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫокисления покрываются оксидным слоемSi0 2 •Далее методомхимического осаждения из газовой фазы на поверхностьSi0 2наносится толстый слой поликристаллического кремния. Слойполучается поликристаллическим из-за того, что кремний на­носится наSi0 2(двуокись кремния), а не на чистый кремний.После этой операции кремниевые пластины монтируются на по­лировальномкругеполикристаллическимслоемвнизипо­дложка п-типа осторожно сошлифовывается до вершиц V-образ­ных канавок (рис.7.3).В результате получается матрица участ­ков монокристаллического кремния п-типа, изолированных отполикристаллической кремниевой подложки и друг от друга.Подложка из поликристаллического кремния обеспечивает ме­ханическую прочность ИС.Диэлектрическая изоляция имеет большие преимуществадля высоковольтных и радиационно стойких ИС.

Диэлектриче­ская прочностьсоставляет величину порядкаSi0 2600 В/мкм.В ИС с изолирующимир-п-переходами напряжение пробоя непревышает значений: : : 50 В.Под действием ионизирующего излучения в кремнии можетвозникнуть большое количество избыточных свободных элект­ронов и дырок, которые создают значительные приращения то­ков утечкир-п-переходов, что сильно ухудшает параметры ИС.При использовании диэлектрической изоляции ИС более устой­чивы к воздействию ионизирующего излучения из-за наличияоксидного слояSi02 •Разновидностью диэлектрической изоляции являются схемытипа «кремний-на-сапфире• (КНС).

Из-за различия параметровкристаллических решеток кремния и сапфира на границе ихразделавозникаютзначительныемеханическиенапряжения,формирующие структурные дефекты, что снижает время жизнинеосновных носителей заряда в кремн:Ии. Это ограничивает при­менение КИС-структур в биполярных схемах, но КНС с успехоммогут быть применены в МОП-схемах, например в конфигура­циях КМОП/КНС, поскольку малые паразитные емкости повы­шают быстродействие схем.В настоящее время, помимо рассмотренных способов изоля­ции, широко применяется изопланарная технология, являющаясякомбинированным методом. В ее основе лежит локальное сквоз­ное прокисление тонкогокремния п-типа (рис.7 .4),(2 ...

3 мкм) эпитаксиального слоякоторый в результате оказываетсяГлава#########7.####Рис.Активные и пассивные элементы интегральных схем##211h##Рис.7.37.4разделенным на отдельные карманы п-типа аналогично раздели­тельной диффузии (см. рис.7.1),но с тем отличием, что боковыеизолирующие слои являются не полупроводниковыми, а диэлект­рическими.Однакоданныечастикармановпо-прежнемуразделенывстречно включенными р-п-переходами.

Заполненные окис­лом области, отделяющие коллектор от эмиттера и базы, позво­ляют снизить емкость коллектор-подложка и повысить напря­жение пробоя изолирующего р-п-перехода. Главное преиму­ществоизопланарнойтехнологии-повышениеплотностиупаковки, которое достигается благодаря тому, что эмиттерныеп-области и бцзовые р-области могут непосредственно контакти­ровать с изолирующими участками окисла.7 .З.Особенности биполярных транзисторов ИСВ полупроводниковых ИС основными элементами являютсяп-р-п-транзисторы. Технология других элементов приспосаб­ливается к технологии изготовления п-р-п-транзисторов, что­бы по возможности избежать дополнительных технологическихопераций.Особенности биполярных транзисторов ИС рассмотрим напримере транзистора, который изолирован от других элементовИС с помощью метода разделительной диффузии (см.

рис.На рис.7 .5,7.1).а показано распределение концентрации примесейв различных областях интегрального транзистора в направле­7 .5,нии х от поверхности через эмиттерскрытый слой-подложку. На рис.базу-коллектор-б представлено распре­деление эффективной концентрации примеси N эФ=JNд - N al' ко­торое является в основном неравномерным, особенно в областибазы, что приводит к формированию внутреннего электрическогополя (см.

гл.4),т. е. биполярные транзисторы интегральныхсхем являются дрейфовыми. В соответствии с распределениемРаздел212а)N,2.ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫсм-31021ЭпитаксиальныйПодложкап-слойр-типа10191017Nк1015Nпо2б) N•ФФ' см- 311146810х,мкм810х,мкмIWI~11017\База11 N.1110151"111Nд111Эмиттеро246Рис.7.5примеси в базе электрическое поле со стороны эмиттерного пе­рехода .являете.я торNюз.ящим дл.я электронов,инжектирован­ных в базу из эмиттера" а со стороны коллекторного перехода-ускоряющим. Наличие участка с тормозящим полем в базе при­водит к незначительному (на20 ... 30%)увеличению временипролета электронов через базу, что, как правило, при расчетахне учитываете.я.Интегральный транзистор имеет четырехслойную структу­ру.

Нар.яду с рабьчим:и электрическими переходами (эмиттер­ным и коллекторным), имеете.я паразитный третий р-п-пе­реход между коллекторным п-слоем и подложкой р-типа (см.рис.7.1).Наличие скрытого п+-сло.я не вносит принципиаль­ных изменений в структуру. На подложку р-типа интегральноготранзистора подаете.я отрицательный потенциал, т. е. напряже­ние на переходе коллектор-подложка .являете.я всегда обрат­ным или, в крайнем случае, равно нулю, поэтому этот пере­ход можно заменить (моделировать) барьерной емкостью С:кп(рис.7.6,а). Поскольку степень легирования коллекторного пе­рехода меньше легирования базы, то горизонтальное объем­ное сопротивление коллекторной области (r:к:к) может сильносказаться на инерционных свойствах транзистора из-за того,ГлаваАктивные и пассивные элементы интегральных схем7.БэКБэ213ка)Рис.7.6что оно вместе с емкостью Скп образует цепочку с постояннойвремени 'tк=rккСкп• подключенную к активной области тран­зистора (см.

рис.7.6,а). Наличие этой цепочки, которая: моде­лирует коллектор, лвллетсл основной особенностью интеграль­ного транзистора по сравнению с дискретным. Типичные значе­ния: rкк""' 100 Омбез скрытого п+-слол и rкк""' 10 Омпри егоналичии.Емкость Скп в эквивалентной схеме транзистора подключенапараллельно емкости Ск перехода коллектор-база и поэтомускладывается: с ней, а сопротивление rкк складывается: с внеш­ним сопротивлением (сопротивлением нагрузки Rк)· Эквива­лентная: постоянная: времени для: схемы с общей базой можетбыть записана в следующем виде:(7.1)где'ta определяется:временем переноса носителей через базу.При условии высокопроводлщего п+-слол и малого сопротив­ления: Rк вторым слагаемым в формуле(7.1) можнопренебречь,и тогда влияние подложки становится: малосущественным.Рассмотрим роль паразитного р-п-р-транзистора, у кото­рого эмиттер образован базой основного транзистора, база-коллектором основного транзистора, а подложка лвллетсл кол­лектором (рис.7.6,б): р-п-р-транзистор лвллетсл вертикаль­ным, а основной п-р-п-транзистор-горизонтальным.214РазделПаразитный2.ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫтранзисторприобратносмещенномпереходеколлектор-подложка будет работать в активном режиме, еслип-р-п-транзистор находится в режиме насыщения.

Если жеп-р-п-транзистор работает в нормальном активном режиме,то паразитныйр-п-р-транзистор окажется в режиме отсечки,и его влияние сводится к увеличению коллекторной емкости ос­новного транзистора на величину Скп·В первом случае через паразитный транзистор будет наблюдать­ся утечка коллекторного тока в р-слой подложки. Необходимо до­биваться, чтобы коэффициент передачи токар-п-р-транзисторабыл по возможности малым, что автоматически достигается присильнолегированном п+-скрытом слое, входящем в состав базыэтого транзистора. Однако в этом случае р-п-р-транзистор по­требляет большой токI1 , который течет не через :коллекторный пе­реход, а через переход эмиттер-база паразитного транзистора.Вслучаедиэлектрическойизоляциипаразитный р-п­р-транзистор отсутствует, однако емкость Скп сохраняется, ноее величина меньше, чем при других видах изоляции.В микроэлектронном исполнении существуют ряд разновид­ностей биполярных п-р-п-транзисторов, не имеющих анало­гов в дискретном исполнении.

Рассмотрим основные особеннос­ти некоторых из них.Многоэмиттерные транзисторы. Этот вид транзисторов состав­ляет основу таких цифровых ИС, как схемы ТТЛ (транзистор-:­транзисторная логика). Структура и схемные модели много­эмиттерного транзистора (МЭТ) представлены на рис.7. 7, где5-8показаны три эмиттера. :Количество эмиттеров может бытьи более.

Характеристики

Список файлов книги