Щука А.А. Электроника (2005) (1152091), страница 60
Текст из файла (страница 60)
Скроцкого.— Мх Мир, 1975, б. Росапо Л. Физическая электроника и микроэлектроника, Пол ред. проф. В. А. '1'ерехова. — М: Высшая школа, 1991. 7. Степаненко И. П. Основы микроэлектроники: Учебное пособие лля вузов. — 2-е нзл. — М: Ла боратория базовых знаний, 2000. 8. Терехов В А. Задачник по электронным приборам: — 2-е изд. — Мл Знергоатомиздат, 1985.
4. Элементная база интегральных схем 4.1. Изоляция элементов доработка информации в дискретной электронике, использующей традиционную дис- кретную элементную базу, осуществлялась схемами различно~о функциональною назна- чения. В микроэлектронике также исповедуются принципы схемотехнической обработки ,шформации. В качестве элементов схемы используются акашкные элементы — транзи- сторы и паггяоные элементы — диоды, резисторы, конденсаторы.
Вод элямеллкмги пнтеаргыьлыл схеяг (ИС) понимают нсдслимыс и составные чали ИС, которые нельзя автономно специфицировать и поставлять их как отдельные изделия. Отличительной технологической особенностью элементов ИС по сравнению с дискрет- ными приборами или электрорадиоэлемснтами является то, что они органически связаны обшей полупроводниковой подложкой и друг с дрчгом. Другой особенностью является то, что транзисюрные структуры и пассивные элементы ИС производятся в едином тех- нологическом процессе. При этом номинал элемента (емкость конденсатора. сопротивление резистора) определя- ется как геометрическими размерами (топологией), так и заданными электрофизическими свойствами используемых материалов (толщиной диэлектрика, проводимостью полупро- водника и т. д.).
С другой стороны, геометрические параметры изготовляемых элементов оптимизируются в соответствии с основной тенденцией микроэлектроники — ростом степени интеграции и уменьшением топологических норм. В этой связи надо отлзетить факт создания принципиально новых элементов, ранее неиз- вестных в дискретной электронике:многоэмиттерные и миогоколлекгорные транзисторы, диоды Шоттки, встраиваемые в транзисторную структуру, и т.
п. В гибридных интегральных схемах, которым в этом курсе будет уделено минимальное внимание, используются также компокелшы. Компоненты, в отличие от элементов ИС, выполняют те же функции, что и элементы, но их можно отдельно сертифицировать и Поставлять в виде отдельных изделий. Компоненты гибридных ИС представляют собой, как правило, навесные детали. Их отли- чие от дискретных элементов заключается в конструктивном решении (бескорпусные д"оды, транзисторы, сборки и т.
д.). И еще одна особенность пассивных элементов полу- П о Роводниковых (монолитных) ИС. в иих отсутствуют аналоги иидуктивностей, дроссе- лей, ей трансформаторов. Если же встает острая необходимость использования индуктивных эле, доцентов, то индуктивный эффект реализуют схемным путем, используя операционные у илители с КС-цепями обратной связи, активные фильтры и т. д. Уси В ги гибридных СВЧ-микросхемах ~цироко использую~ микрополосковые линии и их эле- мен ' енты. При острой неооходимости применения резисторов или конденсаторов больших нем миналов используются дискретные миниатюрные элементы, подключение которых ос Уществляется через специальные выводы интегральных схем. Часть (). Микроэлектроника 2ВВ Транзисторные структуры и элементы интегральных схем, расположенных на одной под ложке, необходимо изолировать друг от друга, а соединение осуществлять в соответствн„ с принципиальной схемой путем металлической развязки ьщи путем использования но ложки.
Иа рис. 4.1 приведены три способа изоляции транзисторных биполярных структур. а) в) Рис. 4.1. Изоляция р — и-переходом (а), изоляция диэлектриком (б), комбинированная изоляция (в) Метод азолщяв обрпяшосчеи(еннььн р — и-переходаи базируется на свойстве такого перехода ньаеть очень высокое удельное сопротивление при обратном смещении. Изоляция р — -и-переходом является однофазным способом потому, что материал по обе стороны и в предсчах изолирующего слоя один и тот же. Изоляция р — и-переходом по существу сводится к формированию двух встречно вклю ченных диода между изолируемыми элементами (рис. 4.), и). Для того чтобы изолирующие диоды находились под обратным смещением, на подложку подают максимальный, отрицательный потенциал от источника питания. Изоляция р -и-переходом органически вписывается в основной технологический ци икя производства кремниевых интегральных схем Используют изолирующую диффузи зик» л„ции метолы тройной диффузии, встречной диффузии.
К недостаткам этого способа изоляц следует отнести наяичие обратных токов в р — и-переходах и наличие барьернь. ,х ем. костей. тором Метод изоляции диэлектрикам сводится к созданию кармана из диэлектрика, в котей - метов располагается транзисторная структура. Это более совершенный, чем предыдущий мег ' прежде всего из-за чрезвычайно малых токов утечки, которые на 3 — 5 порялков ме ныне обратных токов в р — п-переходах. 4 Элементная база ннтегральиык схем гву у~еличивая толщину диэлектрика и выбирая материал с малой диэлектрической пронипаемостыо, можно снизить и значения паразитных емкостей. На рис. 4.1, б показан один из способов изоляции диэлектриком транзисторных структур.
Он получил названия рЦ вЂ” кремнггй и днэлекигрике. Одним из технологических процессов полной диэлекзрической изоляции является эпик-процесс, обеспечивающий изоляцию элементов оксидиым слоем ЯгОг Наибольшее распространение получили процессы, связанные с созданием транзисторных структур на диэлектрической подложке — КНД вЂ” крелин« иа дггэлект!гггке. В качестве диэлектрической подложки часто используют сапфир, и такой способ изоляции получил название КНС вЂ” «ре илий ни саггггггире На сапфировой подложке выращивается эпитаксиальный слой кремния, в котором методом прецизионного травления формируются кремниевые карманы. Карманы снизу изолированы сапфиром, сбоку и сверху — воздухом.
В изолированных карманах н размещаются транзисторные структуры, которые затем коммугируются пленочной металлической разводкой. Изоляцию диэлектриком относят к двухфазному способу потому, что используются одновременно две фазы — диэлектрик и полупроводник. К недостаткам этого способа изоляции следует отнести необходимость совмещения нескольких разнородных технологических процессов. Комбшшривангшгй лгеигод, при котором сочетаются изоляция диэлектриком и изоляция р — п-переходом, является самым распространенным методом изоляции транзисторных сгруктур, Основным технологическим процессом является изопланарная технология, в основе которой лежит локальное окисление тонкого эпитаксиального слоя кремния.
Результатом этого является образование карманов, которые сбоку изолированы диэлектриком, а от подложек изолируется р- — п-переходом. В таких карманах и располагаются транзисторные структуры, а также элементы интегральных схем. В изопланарном процессе для локального прокислсния используются маски из нитрида кремния. Этот технологический процесс позволяет обеспечить большую плотность упаковки элементов на кристалле и получить высокие частотные и переходные характеристики транзисторных структур большое распространение получил энелюд бпкпвий диэлеюиргшеекой изодяиин !'-канав«пни. В этом технологическом процессе вместо сквозного прокисления эпитаксиального слоя используется локальное анизотропное травление поверхности кристалла, ориентированной по плоскости (100).
этом случае травление идет в плоскости (11!) так, что грани (111) сходятся ниже грани ицы эпитаксиального слон. Образовавшиеся гьобразные канавки заполняются диоксндом кремния, либо поликристаллическим кремнием (рнс. 4.1, и). Испо спользуя метод реактивного ионного травления, можно уменыпить ширину канавки и "Ревратить ее из !и в (l-образную. Не о в~статком такого способа изоляции является использование плоскости (100), что сопряж Ряжено с повышенной плотностью поверхностных дефектов.
К изо "золяпии Мд!1-транзисторных структур и элементам интегральных схем требования Мене "ее жестки в силу физических особенностей их работы. Вти же методы изоляции испол "ьзуются и в униполярных интегральных схемах. Часть 1! Микроэлектроника гВВ 4.2. Интегральные диоды диоды а лнтееральлых микросхемах предназначены для выполнения ряда логически„ функций переключения электрических сигналов, выпрямленна электрического тока, д тектирования сигналов.
любой из р — п-переходов транзисторной структуры, а также их комбинация могут быт использованы в качестве интегрального диода. 3квивалентныс схемы включениЯ тРанзистоРных стРУктУР в качестве диодов содеРжа. собственную емкость диода и паразитные емкости, которые оказывают существенное влияние на характеристики диодов. Пробивные напряжения диодов зависят от типа используемого перехода. Если применя ется небольшой змиттерный переход с сильно легированной областью эмиттера, то про бивные напряжения небольпще. Напротив, при использовании протяженного, слаболеги рованного коллекторного перехода пробивные напряжения достаточно велики.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
