Соклоф С. Аналоговые интегральные схемы (1988) (1095417), страница 18
Текст из файла (страница 18)
500е злиттеа йазо л'аллеитар ! еуза гулаг лала ал лал лгило По0паагака Р тало Глййалал лрилаятоитиая диагагааиакиал л т арлагтз лаллаллгара Рнс. 2.22, ллл-транзистор со скрытным слоем и глубокими дкффузиониымн прикоитактными областямн коллектора в составе ИС. 2.9. Топология транзистора и его площадь На рис. 2.23 показаны поперечное сечение и вид сверху входящего в состав ИС лрп-транзистора с одной полоской базовой металлизации. Вид сверху показывает, что суммарная площадь, нанимаемая транзистором на кристалле, гораздо больше «активной Структура транзистора, показанная на рис.
2,22, позволяет добиться дальнейшего снижения последовательного сопротивления коллектора г„: она содержит глубокие диффузионные контактные области коллектора, которые проходят через весь зпитаксиальный слой и перекрываются со скрытым и'-слоем. Такие области позволяют существенно снизить г„, но для их создания требуются дополнительная операция фотолитографии и еще одна операция и'-диффузии. гг нпыгрохьныг схемы области» транзистора, т.
е. области и+-эмиттера. Именно в этой области происходит перемещение инжектированных эмиттером электронов в коллектор через тонкий слой базы. Значительную часть общей плошади транзистора занимают вытравленное в окисле л 5 и ггггйппплгпа р-пгипа а ! м' Рис. 2.23. И>ггегрельный лрп'|рензистор с одной полосной базовой ыетеллиза- цви. а — поперечное сечение; б — вил сверху. окно для изолирующей р'-диффузии и сама изолирующая р+* область, пшрина которой благодаря боковой диффузии под крйф оксидиой маски оказывается больше ширины окна. Если йэолируюшая область настолько глубока, что она достигает р-подложки, то боковая р'-диффузия проходит на расстоянре, приблизительно равное толщине эпитаксиального слоя т,ро Чтобы скомпенсировать возможные колебания толщины эйитакснального слоя и параметров процесса диффузии, длительность иЗолируй- 4 солльэ с $ 98 Гяооа 2 щей диффузии выбирается таким образом, чтобы ее глубина была заведомо больше толщины эпитаксиального слоя.
В итоге боковая диффузия проходит под край оксидной маски на расстояние л/,м, где и ) 1, а чаще всего и ж 1,5. Необходимо также предусмотреть достаточную величину зазоров между различными диффузионными областями, контактными окпамн н участками металлизации в расчете на возможную погрешность совмещения пластины с шаблоном в процессе фотолитографии и с учетом разрешающей способности самого процесса литографии. Если минимально допустимую величину зазора, нли так называемую япроектную нормую, обозначить й и если /,м — — д, а и = 1,5, то транзистор, показанный на рнс. 2.23, будет иметь габаритные размеры /, = !5г/ и 1Р" = 1!д, а его площадь будет равна А = /.1У' = 165г/з, При этом активная область, или область и+-эмиттера, занимает площадь всего 9Р, что составляет лишь 5,5 % общей площади транзистора.
Прн 10-мкм проектной норме площадь транзистора будет равна А = /.У = 150 мкм х 110 мкм = 0,0165 мм', что соответствует плотности упаковки 60 транзистор/мм'. Если разрешающая способность фотолитографии и погрешность совмещения таковы, что можно использовать 5-мкм проектную норму, площадь транзистора уменьшится до 0,004 мм', а плотность упаковки возрастет до — 250 транзистор/мм'. Таким образом, на кристалле размером всего ! мм х ! мм можно разместить большое число транзисторов.
Если использовать две полоски базовой металлизации, разместив их по обе стороны эмиттера, то можно уменьшить базовое сопротивление растекания бм примерно в четыре раза Однако размер /. при этом возрастет на 2г1, так что площадь транзистора будет составлять А = 17г! х 1!д = !87~/2. При 1О-мкм проектной норме это соответствует площади 0,019 мм' и плотности упаковки 53 транзистор/мм'. Наименьшую величину последовательного сопротивления базы и коллектора удается получить при кольцевой геометрии базового и коллекторного контактов. При этом размеры /. и К возрастают соответственно на 4д и на 8д, так что А = /.!Р = !9д х 19г! = = 36!Р. При 10-мкм проектной норме это соответствует площади 0,036 мм' и плотности упаковки 28 транзистор!ммз. 2.
10. рпр-транзисторы Из двух типов биполярных транзисторов наиболее широко используются в интегральных схемах прп-транзисторы. Это объясняется главным образом двумя причинами. 1. Подвижность электронов в кремнии примерно в 2,5 раза выше, чем дырок, так что время переноса носителей в базе для прп-транзисторов обычно меньше, чем для рлр. Поэтому прц-тран- Иньмягальаьм схемы висторы имеют несколько больший коэффициент усиления по току и их высокочастотные характеристики лучше. 2, Донорные примеси (фосфор и мышьяк) имеют гораздо более высокую растворимость в кремнии в твердой фазе, чем акцепторная примесь (бор).
)Келательно, чтобы область эмиттера была легирована значительно сильнее, чем область базы. Тогда ток, текущий через переход эмиттер †ба при прямом смен~енин, будет состоять преямущественно из носителей заряда, ингкектируемых эмиттером в базу, и лишь в незначительной степени — из носителей, переходящих из базы в эмиттер. Только те носителя, которые инжектируются эмиттером в базу, могут вносить вклад в ток коллектора.
Противоположно направленный поток носителей, движущихся из базы в эмнттер, вносит вклад только в базовый ток. Поскольку донорные примеси имеют более высокую растворимость в кремнии, чем бор, прл-транзистор может иметь более эффективную структуру эмиттер — база и, следовательно, более высокий коэффициент усиления по току, чем рпр-прибор. Однако для многих применений нужны схемы, содержащие оба типа транзисторов. На рис.
2.24, а показан входящий в состав ИС рпр-транзистор, совместимый по технологии изготовления с прптранзистором. Для получения этой рпр-структуры не требуется никаких дополнительных операций по сравнению с технологическим циклом пра-транзистора. Г!рибор, показанный на рис. 2.24, а, называется вертикальным рпр-транзистором. Его коллектором является подложка, и ток инжектируемых эмиттерсм дырок течет в вертикальном направлении, через эпитаксиальный базовый слой а-типа в р-коллектор. Ширина базы вертикального рпр-транзистора равна толщине эпнтаксиального слоя, лежащего между диффузионным р'-слоем и подложкой р-типа, и составляет обычно 5мкм. Между тем в прп-транзисзорс ширина базы составляет всего 0,5 мкм, Из-за большой ширины базы время переноса дырок от эмиттера к коллектору а рпр-транзисторе также оказывается большим, что в свою очередь приводит к малому коэффициенту усиления потоку (1 (5 — 30) и неудовлетворительным высокочастотным характеристикам. Предельная частота усиления по току )т рпр-транзистора лежит в диапазоне от 1О до 30 МГц, тогда как для прлтранзистора она составляет 500 МГц.
Коллектором рпр-траизистора служит подложка р-типа, котоРая подключается к отрицательному полюсу источника питания нли к «земле». В любом случае она заземлена по переменному току. Из-за этого условия рпр-транзистор допускает использование только одной схемы включения — схемы с общим коллектором, нли эмиттериого повторителя, Несмотря на такое довольно жесткое ограиичьние, приборы данного типа находят применение в пекотор, х ИС.
)оо Глава 2 На рис. 2.24, б показан другой вариант структуры рлр-транзистора. Это так называемый горизонтальный рпр-транзистор, и оп также совместим с прл-транзистором по технологии нзгоБаэа 3иипипер База Иэо Би оБл игал поил ртхипа йпопопена р-типа(нопленгпор) Ф База (и ! ИолпенторЭииттерпоппепгоор оаэи ба з ги тя ннап 'тпа Борпоогена р.типа Иэопирупепап Биогагуэиопнал оопиетв ргтипа г и ! 1 г и ! (, О ' ре ! ! ! ! г — — — —— и ! г — — -1 ! ~Г~Ч! ! б р')л)л'!и, !" !; ~ л! .
!л'л ° лп / ! ь Иэалирогои(ип Би~доуэионнол оБлиото рэтипа Ф Рис. 2.24. Интегральные рлр-транзисторы. а — всртихальныи рлр-транзистор; 6 — горизонтальный рлр-транзистор (иоисречиое сечение); в — горизонтальный рлр-траазистор (вих сверху), товления. Такой прибор называется горизонтальным, поскольку поток дырок, движущихся от р'-эмиттера к р'-коллектору, направлен параллельно поверхности кристалла. Ширина базы этого транзистора равна расстоянию между краями эмиттерной и кол- Интегральные схемы !0! лекторной областей. Из-за ограничений, свойственных процессу фотолитографии, ширина базы в данной структуре не может быть меньше 3 — 5 мкм. Из-за сравнительно большой ширины базы в этом приборе, как и в вертикальном транзисторе, время переноса дырок от змиттера к коллектору оказывается большим.
Кроме того, часть дырок, инжектируемых р'-эмиттеротт, а именно, те дырки, которые инжектируются у нижней границы эмиттера, попав в базу п-типа, рекомбинируют с электронами и, таким образом, не вносят вклада в ток коллекгора. Наконец, многие из дырок, проходящих через базовую область вблизи поверхности, теряются в результате поверхностной рекомбинации и не достигают коллектора.
Все эти факторы отрицательно сказываются на коэффициенте усиления по току )): в описанной структуре !) составляет 5 — 20, а в прп-транзисторах 50 — 200. Из-за большой ширины базы ухудшаются и высокочастотные характеристики: в горизонтальном рпр-транзисторе может составлять ! — !О ЯГ!ь Однако горизонтальный транзистор в отличие от вертикального может использоваться в любой схеме включения. В табл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
