Пасынков.Полупроводниковые приборы (1084497), страница 70
Текст из файла (страница 70)
В основе цифровых интегральных микросхем лежат транзисторные ключи, способные находиться в двух устойчивых состояниях: открытом и закрытом Использование транзисторных ключей дает возможность создавать различные логические, триггерные н другие интегральные микросхемы. Цифровые интегральные микросхемы применяют в устройствах дискретной обработки 335 могут входить в качестве компонентов не только транзисторы или диоды, ио и целые полупроводниковые интегральные микросхемы. Пассивные элементы гибридных интегральных микросхем изготовляют обычно иа ситалловой, керамической или стеклянной подложке путем нанесения различных диэлектрических, резистивных и металлических пленок. На этой же подложке выполняют межэлемеитные и межкомпонентные соединения, а также контактные площадки.
Пример гибридной интегральной микросхемы показан иа рис. 7.2. Ртзлгмзр Проектирование и изготовление гибридных интегральных микросхем целесообразно для решения лкзкекм вгегкок ко люка специальных, частных задач при относительно маРис 7зк Структура гибридиой иитегральиой которой изделий. Проектирование показана иа рис. 7.1, в. пленочных резисторов и конденсаторов на диэлектрической подложке может быть проведено оперативно, а изготовление этих элементов не требует дорогостоящего оборудования.
Если же гибридная интегральная микросхема состоит из нескольких полупроводниковых интегральных микросхем, то ее отличительной особенностью может быть, наоборот, многофункциональность. Производство таких гибридных интегральных микросхем должно быть массовым.
По функциональному назначению все интегральные микросхемы принято делить на аналоговые и цифровые. Аналоговая иитегральиая микросхема (аиалоговая микросхема) — ато иитегральиая микросхема, предназначенная для преобразоваиия и обработки сягяалов, язмеияыпгяхся по закону иепрерывиой фуикции.
информации электронно-вычислительных машин (ЭВМ), систе- мах автоматики и т. и. $7.3. метОды НБОляйуни ЭЛЕМЕНТОВ ИНТЕГР*ЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ Все элементы полупроводниковых интегральных микросхем и компонентов гибридных интегральных микросхем, выполненные в объеме кристалла, должны быть изолированы друг от друга для исключения паразитиого взаимодействия между ними. Исключение составляют МДП-транзисторы, о чем уже было сказано.
Для разделения отдельных элементов используют изоляцию их р-я-переходом, смещенным в обратном направлении, и иногда диэлектрическую изоляцию. Изоляция элементов электронно-дырочиым переходом П ринцип такой изоляции заключается в том, что для каждого элемента в кристалле формируется свой так называемый островок, окруженный р-л-переходом, который при работе микросхемы смешается в обратном направлении.
Ток утечки такой изоляции обычно ие превышает !О ' А. Электронно-дырочный переход, изолирующий отдельные элементы полупроводниковой интеко !31 гральной микросхемы друг от друга, а) ~ ~ ~ ~ 3!бе ~ ~ может быть создан Различными способами, которых в настоящее время разработано более десятка. Рассмотрим самый распространенный из них — лланарно-энитоксиальный с Б! а-тока Оиииткгоааьиыи сааб! разделительной диффузией (см. рис. 7.3). Вначале иа пластине кремния выращивают эпитаксиальный слой с электропроводностью типа, 4) противоположного типу электропроводности объема полупроводника, т.
е. создают эпитаксиальный р-и- переход по всей площади пластины Рнс. 7вх фоРмипованне ос "Ров- КРЕМНия. ЗатЕМ ПРОВОдят ОбЫЧИЫЕ ков с экектропроводносгью итнпа иа моиокристакдической этапы п"гщьарной технологии. 'окнепоиложке «реми с э е ро. ление поверхности эпитаксиальиой проводиостью р-типа пканарно- пленки, нанесение фоторезиста, заэпитаксиакьным методом с раэ- светку его через маску — фотошабдеаитеньиой диффуэией лои, вскрытие окон в диоксиде кремния, локальную диффузию акцепторов через весь эпнтаксиальный слой до подложки с электропроводиостью р-типа (рис. 7.3, а).
В полученных островках с электропроводиостью и-типа (рис. 7.3, б) в дальнейшем формируют структуры транзисторов ззб или других полупроводниковых приборов Для улучшения неко- торых параметров и характеристик транзисторов перед выращи- ванием эпитаксиальиого слоя может быть проведена дополни- тельная локальная диффузия донорной примеси методом плаиар- иой технологии с целью создания скрытых легированных слоев (я+-слоев). В результате под коллектором будуще.
и! ж и-тики го транзистора появляется хорошо шо, проводящая область, что и приводит к улучшению характеристик транзисторов. Диэлектрическая изоляция Метод диэлектрической изоляции также имеет много вариантов. Рассмотрим метод изоляции элементов диоксидом кремния. На рис. 7.4 показана последовательность операций при использовании этого метода: окисление монокристаллической пластины кремния (рис. 7.4, а); фотолитография; вытравливание канавок в кремнии через вскрытые в диоксиде кремния окна — глубина канавок около 20 мкм (рис.
7.4, б); повторное окисление кремния при высокой температуре или нанесение диоксида кремния другим способом — толщина слоя диоксида около ! мкм (рис. 7.4, в); выращивание иа слое диоксида кремния поликристаллического кремния толщиной )00...200 мкм путем, например, пиролитического разложения силаиа (рис. 7.4, г); сошлифовка или стравливание с противоположной стороны монокристаллического кремния до разделения островков (рис.
7.4, д). Метод диэлектрической изоляции позволяет получить хорошую изоляцию как по постоянному, так и по переменному току, поскольку емкость, связанная с оксидиым слоем, может быть очень малой (300 пгр/ммх прн слое диоксида толщиной ! мкм). Пробивное напряжение для диэлектрической изоляции получается значительно большим по сравнению с пробивным напряжением для изоляции р-я-переходом (выше 800 В). 31 к-тики л жо, 3! и-тнки бз жо, 31 и-тика 31С, И Б1 тмиидигтила 31 о-тика гцо, 31 какнкригаюаа Рис. 7.4. Поскедоватоньность основных технологических этапов формирования островков моиокристанаического кремния на поникристаани.
ческой подложке кремния методом диэлектрической иэоняпни: а — окигаеиие моиокрисгвлкического кремния; б — вмгрвв кивание квиввок в кремниевой иквсгнне черен окна в слое диоксида кремния, в — повторное окнсаенне кремния; в наращивание исликрисгвавическсго кремния; д — сомни. фаика монокристаллического креинин до рвэдеаеинн островков ЗЗ7 Основным недостатком этого метода изоляции являетсн его большая стоимость по сравнению с планарно-эпитаксиальиым.
Е Тзп *КТНВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ В качестве активных элементов интегральных микросхем используют обычно различные транзисторные структуры, сформированные в кристаллах кремния методами планарной технологии. Транзисторы интегральных микросхем могут отличаться не только по структуре, но и по принципу действия. Биполярный транзистор Биполярный транзистор является распространенным активным элементом в современных интегральных микросхемах. Структура биполярного транзистора в интегральных микросхемах (интегрального транзистора) отличается от структуры дискретного транзистора лс изоляцией от подложки.
Другая осо- б бенность связана с тем, что вывод от л х коллекторной области интегрального л" транзистора осушествляется на верх- ней поверхности кристалла, Поэтому а) для уменьшения объемного сопротивления области коллектора перед эпитаксиальным иарашиванием производится обычно подлегирование подложки в тех местах, где будут сформирова- 1 ! 1 с ' ' НЫ тРаНЗИСтОРНЫЕ СтРУКтУРЫ, т. Е. СО- вдается скрытый л+-слой (рис. 7.5).
Однако даже прн наличии скрытого п+-слоя сопротивление коллекторной 1 области интегрального транзистора б оказывается больше аналогичного со- противления дискретного транзистора, б) так как скрытый л+-слой отделен от РИС. 77ь Струнтура бнПОЛНР. КОЛЛЕКТОРНОГО ЭЛЕКТРОДа ВЫСОКООМНЫМ ного транзистора со скрытым слоем коллекторной области. Это прил+-салам (о) и топологии водит к некоторому ухудшению частотзаактроаоа атоса транзистора ных свойств интегрального транзисто- ра в связи с увеличением постоянной (б) времени цепи коллектора (времени перезаряда барьерной емкости коллектора). Поэтому граничные частоты ),р биполярных транзисторов в интегральных микросхемах обычно не превышают 500 Мрц.
При этом необходимо также учесть, что выходная емкость интегрального транзистора состоит не только из барьерной емкости коллекторнога перехода, но н из барьерной емкости изолирующего перехода между областью коллектора интегрального транзистора и остальной частью кристалла.
338 Кроме того, в связи с увеличенным сопротивлением коллекторной области интегральный транзистор имеет повышенное значение напряжения между коллектором и эмиттером в режиме насышения ()кэнас- Интегральный транзистор отличается от аналогичного дискретного транзистора, изготовленного по той же ила парной технологии, значительно меньшими размерами. Объясняется это тем, что в дискретном планарном транзисторе должны быть контактные плошадки для подсоединения проволочных вы- ис волов эмиттера, базы и коллектора. у )г б ЛТ Размер контактных площадок должен быть не менее !ООХ100 мкм. В ннте- Р Р Р гральной микросхеме контактные пло- н шапки нужны только для подсоедине- н+ ння выводов от всей схемы. Отдель- Хс р-типа ные же элементы интегральной микросхемы соединены между собой а) межэлементными соединениями в виде тонких и узких (несколько микрометров) металлических полос.
Основу биполярных интегральных микросхем составляют транзисторы р л-р-л-тнпа, что вызвано удобствами формирования именно п-р-п-структур 9 б и несколько лучшими параметрами интегральных л-р-л-транзисторов по б) СРаВНЕНИЮ С ПаРаМЕтраМИ ИитЕГРаЛЬ Рнс 7.6. Структура горизон. ных транзисторов р-л-р-типа. тального транзистора Р-л-р-ти- Дело в том, что для формнрова- оа (о) и тололосни зтоготранния снльнолегированных эмн ерных кастора (б) областей транзисторов л-р-л-типа обычно используют диффузию фосфора, который имеет большую растворимость в кремнии н относительно малый коэффициент диффузии. Таким образом, для формирования р-л-р-транзнстора в интегральной микросхеме, содержаШей п-р-л-транзисторы, необходимо еше провести дополнительную диффузию какого-то акцептора с предельной растворимостью, превышающей предельную растворимость фосфора.
А такие акцепторы практически отсутствуют. Поэтому основным приемлемым вариантом интегрального транзистора р-п-р-типа является так называемый горизонтальный или боковой транзистор (рис. 7.6) . Для его формирования не надо вводить дополнительных технологических операций, так как р-области его эмиттера и коллектора получаются одновременно при создании р-области базы транзистора л-р-л-типа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
