Гусев - Электроника (944138), страница 31
Текст из файла (страница 31)
2.50, б, и. Как видно из эквивалентной схемы, кроме емкости С имеется ряд дополнительных элементов: сопротивление Яы характеризующее неидеальность диэлектрика и наличие объемного сопротивления у слоя р; емкость С, между слоем р и эпитаксиальным слоем: диод УТ)к который при неправильно выбранном потенциале между соответствующими электродами может открыться. Конденсаторы полупроводниковых ИС могут выполняться в виде запертого р -и -перехода.
Технология их изг'отовления аналогична технологии изготовления резисторов. Их также создают одновременно с формированием соответствующих областей транзисторов. Поэтому удельная емкость и все свойства конденсаторов определяются требованиями. которые необходимо выполнить для получения у транзисторов оптимальных характеристик. Структура конденсатора монолитных ИС и его эквивалентная схема показаны на рис. 2.51,а,б.
Эквивалентная схема кроме полезной емкости С. образованной р -л -переходом УТ)1, содержит паразитные элементы: р-и-переход П22, образовавшийся между эпитаксиальным слоем и подложкой, создающей емкость С,; сопротивление й-1Π— 60 Ом, обусловленное наличием объемного сопротив- )42 А! в А кзоз Бтоз к)о, / а) )г 54 Г 54 г) Рис.
2.51. Струк|ура конденсатора монолитных ИС (а); его эквивалентная схема (б); пленочная индуктивная катушка (а); структура полевого транзистора. выполненного по технологии КНС (г): I ааитмсиа:ьиьв с. й. г-.ааяиаа а; Э- а с ааа а, А, В- ии аа ления у слоя р. Такой конденсатор является полярным, его емкость изменяется в зависимости от значения приложенного напряжения. Кроме того, наличие паразитной емкости создает паразитную связь конденсатора с подложкой. Другие элементы ИС также имеют емкостную связь с подложкой. Рассмотренные способы не позволяют изготовлять емкости, удельное значение которых более !600 пФ2мм', поэтому ИС проектируют так, чтобы в них по возможности отсутствовали конденсаторы. Индуктивности.
При создании ИС наибольшую трудность представляет изготовление катушек индуктивности. В настоящее время для этого использугот только тонкопленочную технологию, согласно которой индуктивные катушки получают осаждением на подложку материала, имеющего малое удельное сопротивление. Их обычно выполняют в виде спирали с малым шагом (рис. 2.51, в ). Тонкопленочные индуктивные катушки имеют размеры, значительно большие размеров других компонетов ИС.
Номинальные значения их индуктивности не превышают 10 мкГн. Для изготовления трансформаторных элементов нет разработанной технологии, поэтому в ИС, где необходимо использовать катугпки с большими индуктивностями или трансформаторы, эти элементы делают навесными. Некоторые возможности по созданию эквивалентов индуктивных катушек имеются при использовании пьезокерамических кристаллов.
Трудное ги, возникающие при изготовлении индуктивных катушек, заставляют при разработке ИС почти полностью от казаться от их использования. !43 Внутрисхемные соединения. Отдельные элементы внутри интегрального узла обычно соединяют с помощью напыленпого в вакууме тонкого слоя алгоминня.
Получающиеся при этом соединения имеют относительно большие значения сопротивления (до нескольких Ом). Кроме того, они имею~ распределенную емкость относительно подложки ИС, что необходимо учитывать при их проектировании. Транзисторы ИС. Полевые и биполярные транзисторы, применяемые в интегральных микросхемах, изготовляют по технологии монолитных ИС.
Иногда используют отдельные дискретные миниатюрные бескорпусные транзисторы, поскольку тонкопленочная технология пока не всегда позволяет получать биполярпые тра нзис ~ оры удовлетворительного качества. Технологию, по которой изготовляют тонкопленочные полевые транзисторы, условно называют «кремний на сапфире» (КНС). При этом в качестве подложки используют сингегический сапфир, на котором с помощью эпитаксиального наращивания выращивают пленку кремния толщиной 1 мкм и более, на которой выполняют транзистор (рис.
2.51,:). Ввиду хороших лиэлекзрических свойств сапфира емкости между областями стока„истока и подложкой практически отсутствуют. что приводит к существенному увеличению быстродействия компонентов. Полевые транзисторы, выполненные с применением технологии КНС. работают до частоты 250 МГц и выше. Так как сапфировая подложка не меняет своих параметров при радиационном облучении средней мошности„компоненты. изготовленные по этой технологии, имеют высокую радиационную стойкость. Биполярные транзисторы монолитных ИС по сравнению с дискретными транзисторами имеют более высокое сопротивление коллектора из-за необходимосги выводить контакт наверх и добавления сопротивления (кристалла) между коллекторным контактом и переходом. Для уменыпения эгого сопротивления под коллекторным переходом иногда создают сильно легированный скрытый слой с большой удельной проводимостью.
Технология изготовления монолитных ИС сводится к следующему. В пластинку кремния (подложку), имеющую электропроводность р-типа. проводят локальную диффузию мышьяка для формирования скрытого слоя ц ". Затем на нее нарапгивают эпитаксиальный слой ц. Полученную поверхность окисляю и В результате получается,чиэлектрический слой оксида ЯО,, который называют маскирующим. Маскирующие свойства его основаны на том, что скоросгь диффузии примесей, используемых для получения областей транзистора, в нем значительно меньше, чем в кремнии.
Поэтому в процессе диффузии последняя происходит только на участках. свободных от Б~О,. ~ 44 Используя фотошаблон базового слоя и процесс фотолитографии, в маскирующем слое травлением вскрывают окно под базу зранзисзора, Далее проводится двухэзапная диффузия атомов бора. В резульгате в эпитаксиальном слое появляется зона с элек~ропроволностью р-типа. Вследствие особенностей процесса двухзгаппой диффузии примесей бора вся поверхность вновь покрыта оксидом. Затем с помощью фотошаблона и фотолитографии вскрывают окна под змиттер транзистора и под конгакт к коллектору.
В эти окна проводят двухэтапную диффузию примесей фосфора. В результате образуются область эмиттера и низкоомная область для подключения коллектор- ного контакта. Г!осле диффузии вся поверхность пластины покрыга оксилом. В этом оксиде тем же методом вскрываются окна под выводы контактов эмиттера, коллектора и базы. Затем в вакууме папыляют слой алюминия и, используя фотолитографию. получаю~ рисунок соединений с другими элементами ИС. Перечисленные процессы являются групповыми и проводятся одновременно для пластины.
ца которой располагаются десятки сотни микросхем, имеющих значительное количество транзисторов. Г!олевые транзисторы с управляющим р -а -переходом и МОП-трапзисзоры изготовляют по технологии монолитных ИС или по КНС-технологии. Особенности технологии изготовления полевого транзистора определяются в основном видом и концентрацией вводимых примесей. Различают р-МОП-, и-МОП- и /с-МОП-технологии. Компоненты. выполненные по р-МОП-технологии (с каналом типа р)„имеют малое быстродействие, большое пороговое напряжение, дешевы, просты в изготовлении, имеют большой выход ~ олных излелий. Технология и-МОП более сложна„позволяет из~отовлять транзисторы с меньшим пороговым напряжением, каналом типа и, большими быстродействием и плотностью элементов.
В технологии комплементарных приборов А.-МОП используются комбинации процессов, используемых в и-МОП- и р- МОП-технологиях. Г! оэтому производство более дорогостоящее„а плотность элементов на кристалле малая. Однако при небо.чьших напряжениях быстродействие приборов, выполненных по этой технологии выше. чем у приборов, выполненных по п-МОП-технологии.
Кроме того, ~якие ИС потребляют очень малую мощность и могут работать при значительных изменениях напряжения питания. МОП-транзисторы ИС выполняются или с технологически всгроенцым, или с инлуцированным каналом. При изготовлении МОП-гранзис горов количество ответственных операций. влияющих ца процесс выхола годных микросхем. значительно меньше. чем при изг отовлении биполярных транзисторов. Роль диэлектрика между затвором и каналом выполняет диоксид кремния ЯО,, что хорошо согласуется с основными технологическими процессами.
В отличие от своего дискретного аналога полевые транзисторы с управляющим р-и- переходом значительно реже применяют в ИС, чем МОП- транзисторы. Диоды, используемые в ИС, выполняют либо по технологии монолитных интегральных микросхем, либо применяю) дискретные навесные.
Для упрощения технологического процесса в монолитных ИС в качестве диодов используют транзисторы, выводы которых на стадии формирования контактов соединяют между собой. Изоляция компонентов в монолитных интегральных узлах. Так как монолитные ИС изготовляют на полупроводниковой подложке, то необходима изоляция отдельных элементов и компонентов. Наиболее распространены два метода изоляции: с помощью дополнительных у-п-переходов, смс)ценных в обратном направлении; с помогцью диэлектрика, которым служит Б)О,. При ))с))ном методе на каждый элемент требуется дополнительный р-и-переход.
В этом случае разделение элементов осуществляют операцией выращивания и окисления эпитаксиального слоя. На подложке с эпитаксиальным слоем, покрьпой оксидом, с помощью фотолитографии вскрывают окна под изолирующий контур и проводят двойную диффузию примесей бора на глубину, обеспечивающую смыкание диффузионных р-областей с подложкой р-типа (рис. 2.52,а). В итоге таких операций (которые называю~ разделительной диффузией) образуются островки эпитаксиального слоя с электропроводностью и-типа. На этих островках и формируют в дальнейшем отдельные элементы и компоненты.
Переходы р-п, полученные таким образом, заперты за счет обратного напряжения, приложенного к ним, и компоненты практически изолированы друг от друга. Недостаток подобной изоляции — значительная паразитная емкость у щ- и, а) Рис 2 52 Структура подложки, на ио~орой коттпонснты нтолироааиы с помои)ьн~ р-и-перекопа )и ~ и с понопоио тнттсктрика (6). пертого р-и-перехода; пробивное напряжение порядка 20--.60 В.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
