Соклоф С. Аналоговые интегральные схемы (1988) (1095417), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Заряд иа единицу площади, создаваемый имплантированными ионами бора, равен ЛЦ = д х Доза имплантации, где д — заряд электрона. Появление этого поверхностного заряда приводит к сдвигу порогового напряжения на величину ЛРг, которая связана с ЛЯ соотношением ЛЯ = С,„м, ЛУг (здесь С„м, — емкость затвора МОП-трапзистора на единицу площади). Величина С ма, определяется выражением С,ма, = аомаеДьмае~ где сом~в = агео = 3,8аа = 3,8'8,85 Х !О ыФ~см = =* 3,363 !О '~ Ф!см. Рассмотрим в качестве примера р-МО11-транзистор с пороговым напряжением — 5,0 В и толшиной подзатворного окисла 100 нм, Заряд ионов бора, необходимый для сдвига порогового напряже.
ния до уровня — 2,5 В, определяется как Л9 = д м Доза = С„м„Л Рг = = (3,35 10 " Ф!см;О,! ° 10 ' гм) 2,5 В =- 8,408 !0 ' Кл, (2.9) что соответствует дозе имплантации 5,25 10" ионов бора/см'. Если ток пучка в установке ионного легирования составляет 1,0 мкА, для легнрования поверхности пластины диаметром 100 мм потребуется всего 8,4 с.
В качестве другого примера рассмотрим л-МОП-транзистор с пороговым напряжением всего+0,5 В и толщиной подзатворного окисла!00 нм. Доза ионов бора, необходимая для сдвига порогового напряжения с +0,5 до +1,5 В, составляет 2,! 10" см '. Время ионного легирования !00-мм пластины при токе пучка ! мкА — всего 3,4 с. 2.8. Изоляция элементов ИС Монолитная ИС представляет собой неболыпой кристалл кремния, на котором размещается множество транзисторов и других элементов. Очень часто эти элементы необходимо изолировать друг от друга.
Наиболее широко применяется изолнлия рл-лера- Глава 2 опитапоиальньгй олой и-типа Пролежни р- птипа а йьбг зпитаяоиальньгй елей и-типа Поуложна р-типа о Изолирующая А гщ~узил Пооложпа р-типа о" Изолирующая оидхрузия Иэолироопнные оолоелпи и-типов г Рис. 2.19, Изолирующие рл-переходы в ИС: а — подложка р-типа с впитаксн альным слоем и-типа; б — выращивание слон окисла и формирование в нем окон дли изолирующей диффузии; в — создание изолирующих р'-областей с по- мощью диффузии бора; в — изолированные друг от друга л-области, Интегральные сими 93 Изоли биа»ти облает м»а/ая ионная рттила Паблооеона р-типа Рнс.
2.20. нрн-транзистор в союввс ИС: поперечное сечение. находятся при обратном смещении, п.области электрически изолированы друг от друга и от р-подложки. Подложка обычно подключена к точке схемы с наибольшим по модулю отрицательным напряжением. Эта точка представляет собой либо отрицательный полюс источника питания, либо «землю» (еслн используется один источник питании). Благодаря такому включению подложки автоматически обеспечиваются обратное смещение переходов, существующих между и-областями н р-подложкой, н, следовательно, электрическая изоляция и-областей друг от друга. Однако эта изоляция не идеальна, так как между изолированными п-областямн и р-подложкой существует небольшой ток утечки — порядка 1 нд/мме прн 25 'С. Болыпинство транзисторов в ИС имеют площади от 0,00! до 0,0! мм'„так что соответствующий ток утечки должен составлять всего лишь от ! до ! 0 пд.
Для большинства применений такой утечкой можно пренебречь. Главная проблема, возникающая в связи с изоляцией, — присутствие паразитной емкости перехода между изолированной и-областью и р-подложкой. Эта емкость зависит от уровней легиРования и от напряжения смешения. Прн нулевом смещении она обычно составляет -300 пФ/мвг», при обратном напряжении 5  — 120 пФ/мм', а при напряжении !Π — 95 пФ/мм'. Таким образом, для типичного биполярного транзистора площадью 100 мкм м 100 мкм = 0,01 мм' при напряжениях смешения от 5 до 15 В паразитная емкость между п-областью (коллектором) и подложкой, Ссн, составляет ! пФ.
На рис. 2.20 показано поперечное сечение прп-транзистора, в~одящего в состав ИС. Следует обратить внимание на то, что ходами (рис. 2.19). Сначала на подложку р-типа осаждается эпитаксиальный п-слой толщиной !О мкм (рис. 2.19, а). Затем производят термическое окисление и методом фотолитографии вскрывают дорожки в окисле (рис. 2.19, б). После этого проводится глубокая р'-диффузия бора. Врел»я дяффузии выбирается достаточно большим, чтобы ионы прошли сквозь эпитакснальный слой в р-подложку (рис. 2.19, в и г). В результате такой обработки эпитаксиальный п-слой оказывается разделенным на множество и-областей. Соседние области отделены друг от друга двумя рп-переходамп.
Если эти переходы 3ииттер база Коллеятор Глава 2 контакты ко всем трем областям транзистора — эмнттеру, базе и коллектору — расположены на верхней, пли лицевой, стороне пластины, тогда как в дискретном транзисторе коллекторный контакт находится на тыльной стороне кристалла. Вседствие того что коллекторный контакт расположен вверху, возникает больнюе последовательное сопротивление коллектора г„, обусловленное большим поверхностным сопротивлением коллекторного и-слоя (оно обычно составляет от 1000 до 10 000 Ом/квадрат). Л(ожно, однако, значительно уменьшить коллекторное сопротивление в,о, 3иитлтср йила Нолплтттат Фжлир йидтрти ттйаиг т ятигаи иииия и-'Гила Подложка р-Гтт ила Рвс.
2,2К лрл-транзистор со скрытым слоем в составе 110. с помощью скрыпюго и'-слоя (рис. 2.21). Поскольку переход коллектор — база в такой структуре все равно формируется на границе со слаболегироваиным эпитаксиальным п-слоем, емкость перехода коллектор — база остается достаточно малой, а напряжение пробоя коллектор — база — достаточно большим ( 50 В). В табл. 2.2 приводится основной технологический цикл изготовления монолитных ИС, содержащих прп-транзисторы описанного типа.
(т',онтактныел+-области коллектора, которые формируются одновременно с эмиттерными и'-областями, предназначены для того, чтобы создать низкоомный, невыпрямляющий (омический) контакт между алюминиевой металлизацией н коллектором. Необходимость этих п+-областей определяется тем, что после вплавления алюминиевых контактов на поверхности кремния под алюминием образуется тонкий слой, насыщенный алюминием до концентрации !О" см в. Алюминий ведет себя в кремнии как акцептор, н, если концентрация доноров в кремнии меньше концентрации алюминия, насыщенный алюминием слой приобретает проводимость р-типа. В этом случае образуется паразитный рп-переход, включенный последовательно с коллектором транзистора.
Чтобы избежать формирования такой р-области, концентрация доноров в коллекторе непосредственно под контактной металлизацией должна быть намного больше, чем 10" см '. Это требование легко выполнить, создав диффузионный и+-слой в приконтактных областях коллектора, Окна для коллекторной п+-диффузии вы- 95 Та 6, пца 2.2 Технологический цикл изготовления монолитной кремниевой ИС 1, !)сходны|1 материал: полихристаллнческнй кремний полупроводниковой чистоты !содержание прнмесеи ..1: 10э атомов) 2, Выращивание монокрпсталлз: методом Чохральско~о (или ванной плавки) получают слитки моаокристаллического кремния р-типа диаметром 100 мм, легированные бором до уделького сопротивления 1 — 10 Ом см 3, Механвческая обработка кремниевых пластин: резка слитка на пластины, шлифовка и полировка пластин до толщины 0,4 мм 4.
Окисление: теРмнческое выРащивание слоЯ 5!Оз толщиной 500 нм 5. !.я операция бютолитографпи; вытразливание окон в окисле дли дгффуэни скрытого слоя 6, диффузия скрытого слоя: создание сильиолегнрозанного и+-слоя путем диффузии 5Ь на глубину 3 мкм в окислнтельной среде с последующим удалением окисла 7, Ссажденне эпцтакспального слоя: осаждение легированного фосфором эпи. таксиального слоя и-тппа с удельным сопротивлением 0,1 — 1,0 Ом см и тол. шиной 5 — !5 мкм 8.
Окисленне: термическое выращивание окисла толщвной 500 — !000 нм. 9, 2-я операция фотолитографии: вытравливание окон в окисле для изолирую. щей р+.диффузии 10. Изолирующая диффузия: создание р+-областей, проходящих снвозь зпитак. спальный слой в р.подложку, путем диффузии бора; разгонка бора произво. дится в окпслнтельной атмосфере !1, 3-я операция фотолитографии: вскрытие окон в окисле для диффузии базы (и резисторов) 12. Диффузия базы в резисторов: создание р+-областей глубиной 2 — 3 мкм с по.
верхпостпым сопротивленпем 200 Ом)квадрат ну~ем двухстадпйной диффузии бора; разгоика производится в окпслптельцой среде 13. 4-я операция фотолитографии: вытравливаиие окон в окисле для п+-диффузии контактной области эмиттера и коллектора !4, Диффузия эмиттера н контактной области коллектора: создание п+-областей глубиной -2 мкм с поверхностным сопротивлением 2,2 Сжпквадрат путем диффузии фосфора; разгонка производится в окислительной среде 15. 5-я операция фотолптографпи: вьправливанне контактных окоп в окисле !6. Нянссеаис контактной и соединительной металлизации; осаждеппс влемя.
нисвой пленки толщиной 0,5 — 1,0 мкм на лицевую с~орону пластины 17. 6-я операция фотолитографии: вытравливание рисунка металлязапиэ 18. Вжигание илн вплавленне контактов: термообработка прн температуре 500- 600 "С лля получения механически прочного и нпзкоомного электрического контакта !9, Нанесение металлнзацип на тыльную сторону пластины: осаждснпе тонкой пленки золота па тыльн)чо сторону 2О, Зондовая проверка пластин: проверка характеристик ИС с помощью автоматизированной испытательной установки, маркирующей негодные схемы с целью их дальнейшей отбраковки 21.
Разделение пластины на кристаллы: распиливание нлц разламывание пластины на отдельные кристаллы 22, Монтаж крпсталлощ присоединение кристаллов ИС к металлическим держа. гелям, выводным рампам нли керамическим подложкам с помощью эвтектвческого сплава, заготовок из припоя илн эпоксидной пластмассы г!рисоедпнеппе выводов: присоединение проволочных выводов (обычно иэ зало~ой проволоки диаметром 25 мкь~) к контактным площадкам !!С и к со. ответствующим выводам корпуса Гдово 2 Продолжение табл 2 2 24.
Герметизация; сборка ИС в металлический корпус тапа тО-Ь нли в керами ческий или пластмассовый корпус типа О! Р (корпус с двухрядным располо. женчеи выводов) 25. Испытания: проведение полного цикла испытаний ИС для их проверки на соответствие техническим условиям; для приборов повышенной надежности и военного назиачеш1я может проводиться расширенная программа копыта. нни, включающая работу с полной электрической нагрузкой прн предельных температурах в течение длительного периода времени (испытании на принудительный отказ) и периодическое изменение температуры. травливаются одновременно с окнами для змиттерной диффузии. В результате змиттерной диффузии спад~ется поверхностная концентрация фосфора порядка !Оз' см ', так что после вплавления алюминия приконтактные области коллектора не приобретают проводпьюсть р-типа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
