Соклоф С. Аналоговые интегральные схемы (1988) (1095417), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Если, напротив, продолжать шлифовку слишком долго, и-области окажутся слишком тонкими или даже будут полностью удалены. Таким образом, необходим очень тщательный контроль процесса шлифовки по всей поверхности пластины. Если учесть, что диаметр пластины составляет примерно 100 мм, а глубина канавки всего 10 мкм, станет ясно, насколько это сложная задача. Диффузионный п'-слой, который был создан иа поверхности пластины п-типа, теперь оказался на дне изолированных областей и-типа. Он играет роль скрытого слоя, предназначенного для снижения последовательного сопротивления коллектора прп-трав зисторов. Остальные операции по изготовлению ИС с дпэлектри ггнlшг~альн»»» ехгям ческой изоляцией выполняются в той же последовательности, что и операции по изготовлению обычных ИС с изоляцией рп-переходами.
Создание схем с диэлектрической изоляцией обходится гораздо дороже, чем схем с изолирующими рл-переходами. Однако диэлектрическая изоляция имеет большие преимущества для таких применений, как высоковольтные и радиационно стойкие ИС. диэлектрическая прочность 510» составляет 600 В/мкм, так ччо при толщине оксидного слоя 500 нм напряжение пробоя между изолированной л-областью и подложкой составляет 300 В. Для сравнения напомним, что в ИС с изолирующими рл-переходами напряжение пробоя между и-областью и подложкой не превышает 50 В. Таким образом, применение диэлектрической изоляции делает возможным создание высоковольтных транзисторов и диодов. Под действием различных видов ионизирующего излучения, таких, как рентгеновское или гамма-излучение, в кремнии может возникать большое число избыточных свободных электронов и дырок, Рентгеновское и гамма-излучения состоят из фотонов высоких энергий — соответственно свыше 100 эВ и свыше !00 кэВ.
Чтобы разрушить ковалентную связь в кристаллической решетке кремния и, таким образом, создать свободный электрон и свободную дырку, необходима энергия Еп = 1,! »В. Следовательно, каждый фотон рентгеновского или гамма-излучения может генерировать большое число свободных электронов и дырок. Эти избыточные фотоэлектроны и фотодырки создают значительные прирац!ения тока утечки рп-переходов в ИС, В схемах с изолирующими рп-переходами это может быть серьезной проблемой: под действием импульса ионизирукщего излучения возникают значительные выбросы тока.
ИС с диэлектрической изоляцией более устройчивы к воздействию ионизирующего излучения благодаря тому, что между областями и-типа и поликристаллической подложкой присутствует изолирующий оксидный слой. Еще один тип ИС с диэлектрической изоляцией — это схемы типа»кремний-на-сапфире» (см. и.
2.13.1). Из-за рассогласования кРисталлических решеток на границе раздела кремний — сапфир в тонком ( 1 мкм) слое кремния возникают значительные механические напряжения, приводящие к появлению структурных д~фектов. В результате значительно снижается время жизни не~евонных носителей заряда в кргмнии, особенно вблизи сапфпровой подложки. Столь заметное снижение времени жизни ограничивает возможности использования КИС-структуры в биполярных схемах, но она может быть с успехом применена в МОП-схемах, на"Ример в конфигурации КМОП/КИС, В этом случае важную го а Роль играет такое существенное преимущество, достигаемое бладаря изолирующей подложке, как значительное снижение па- 140 Гтва 2 разитной емкости.
В результате удается повысить быстродей. ствие схемы. 2.19.1. Технология типа «кремний-на-диэлектрике». Сравни тельно недавно разработанный метод создания схем с дпэлектрц веской изоляцией — это тех ноло«ия типа «кремний-на-диэлектрике» (КНД), с помощью которой удается наносить тонкий слои монокристаллического кремния на пленку 510„термически вы ращенную на поверхности кремниевой подложки. Методом фотолитографии формируются островки или полоски окисла, а затем на пластину наносится тонкий слой кремния путем химического осаждения из газовой фазы. Там, где кремний осаждается иа окисел, растет полпкристаллический слой, а непосредственно на по.
верхности кремниевой подложки формируется монокристаллическая пленка. Осажденный слой кремния подвергается направленной рекрнсталлизации с помощью сканирования лазерным пли электронным лучом или полосковым резистивным нагревателем. При рекристаллизацпи тех участков пленки, которые находятся в непосредственном контакте с кремниевой подложкой, последняя играет роль <затравочной» поверхности, По мере перемещения зоны нагрева рост кристалла распространяется от затравочиого участка на участок кремниевой пленки, лежащий поверх окисла. В результате получается полностью монокристаллический слой кремния. родственный метод — это так называемый метод горизонтп,гьного эпитаксиальмого зарищнгания, Так же как и в КНД-технологии, сначала производится фотолптографическая обработка ок* сидного слоя, термически выращенного на поверхности кремниевой пластины, с тем чтобы получить островки илп полоски окисла.
Затем выполняется несколько тщательно контролируемых циклов химического осаждения кремния из газовой фазы и последующего газового травления. При газовом травлении происходит преимущественное удаление поликристаллического кремния, осаждаю- щегосЯ повеРх ЬРОм так что в конечном итоге полУчаетса РисУнок из участков монокристаллнческой пленки, выращенных на свободной от окисла поверхности кремния, При дальнейшем выполнении циклов осаждения/травления монокристаллические островки крем.
ния начинают разрастаться в горизонтальном направлении, покрывая прилегающий окисел, а поскольку поликристаллическпй кремний все время удаляется с окисла газовым травлением, в конце концов формируется непрерывная мопокристаллическая пленка. участки этой пленки, лежащие поверх окисла, по существу яв" ляются гетероэпитаксиальными, однако подвижность и время жизни неосновных носителей в них не хуже, чем в гомоэпитгк спальных слоях, так что они с успехом могут быть использованы для изготовления высококачественных полевых и биполярных транзисторов.
Оллмгралеииг слгмм !41 2.20. Изопланарная технология и другие технолологические варианты На рис. 2.60 показана структура изопланарной ИС. Она изготовляется методом локального окисления кремния (!.ОСОБ), о котором говорилось выше. Этот метод позволяет получать островки кремния л-тнпа, разделенные заполненными окислом изолирующими канавками. Однако такую структуру нельзя назвать ИС с диэлектрической изоляцией, поскольку между каждым островком и-типа и общей р-подложкой существует рп-переход. И все же 7грмггггри . Бмаяг рлный Наг Рис, 2.60. Структура ИС, изготовленной по изоплаиариой техиологии с при- меиеиием метода локального окислеиия кремния (ьОСОЬ).
заполненные окислом канавки играют важную роль: заменив нми изолирующие р'-области, удается снизить емкость коллектор— подложка и повысить напряжение пробоя изолирующего рп-перехода. Главное преимущество изопланарной технологии — повышение плотности упаковки, которое достигается благодаря тому, что змиттерные и+- и базовые р+-области могут непосредственно контактировать с изолирующими участками окисла, как это видно па рис.
2.60. 2.20.1, Изоляция с помощыа двойной диффузии. В обычных ИС с изолирующими рп-переходами глубина разделительной р'-диффузии должна быть достаточно велика, с тем чтобы разделительная область проходила сквозь зпитаксиальный и-слой и достигала Р подложки. Г!ри такой большой глубине диффузии происходит также значительная боковая диффузия под края окна, так что разделительная р+-область оказывается довольно широкой и занимает на кристалле значительную площадь. При толщине зпитак аксиальиого слоя !О мкм и ширине окна !О мкм суммарная шир"на р"-области составляет от 30 до 50 мкм.
Структура, показанная на рнс. 2.6! „позволяет уменьшить площадь занимаемую разделительной диффузионной областью. Перед Глава у 142 осаждением эпитаксиального и'-слоя в р-подложку проводит~я не только диффузия и'-(ВЬ) для создания скрытого и'-слоя, но также и диффузия р"-(В) для получения скрытойп+- области. Прн последующем эпитаксиальном осаждении и проведении высоко. температурных процессов диффузии и окисления происходит об. ратная диффузия примесей из скрытых и+- и р'-областей в эпн. таксиальный слой. Глубина обычной разделительной р'-диффузии может быть теперь уменьшена: даже если эта диффузия пройдет менее чем на половину толщины эпитаксиального слоя, верхняя Р' Р' р»» »»» рю ун ррр»»» р» рр»»»»» »»»»» р нар»»»»»»» ре»»р Рнс.
2.61. Изоляция методом двойной дяффузнн. р'-область сольется с нижней, образовавшейся в результате обратной диффузии примеси из подложки, и изоляция и-областей будет полной. Описанная технология позволяет значительно уменьшить площадь, занимаемую изолнрующимн р+-областями, но она требует дополнительных технологических операций, в том числе весьма критичной операции совмещения окон для верхней р+-диффузии со скрытыми р'-областями.
2.20.2. Изоляция с полтои(ью коллекгпорной диффузии. Весьма эффективный способ повышения плотности упаковки ИС состоит в том, чтобы взамен разделительной р'-диффузии использовать коллекторную изолирующую диффузию (рис. 2.62). На р-подложке, как обычно, создается скрытый диффузионный п'-слой, но сверху осаждается очень тонкий ( 2 мкм) слой р-типа. Затем проводится п+-диффузия, глубина которой выбирается таким об.
разом, чтобы верхняя и'область слилась с нижней, образовавшейся в результате обратной диффузии примеси из подложки. Верхняя и'-диффузия выполняет две функции: обеспечивает изо. ляцию транзисторных структур и создает глубокую приконтакт. ную область, снижающую последовательное сопротивление коллектора. Изоляция транзисторов друг от друга осуществляется с помощью обратносмещенных рп-переходов, образовавшихся между диффузионной и'-областью и эпитаксиальным р-слоем. ее иимераееиме еиемм Полученные в результате прп-транзисторы имеют не диффузионную, а эпитаксиальную базу, ширина которой определяется толщиной эпитаксиального слоя, глубиной обратной и'-диффузии из подложки и глубиной эмиттерной и+-диффузии с поверхности.
Понятно, что в такой структуре разброс ширины базы в принципе гораздо больше, чем в транзисторах, изолированных с помощью двойной диффузии. Отсюда больший разброс коэффициентов усиления по току, а значит, и худшее согласование характеристйк -узза иетлпекееер уеатеагаа р-атиаа Рнс. 2.62. Изоляция с помощью коилекторной дн$фузии. транзисторов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
