Cтепаненко - Основы микроэлектроники (989594), страница 41
Текст из файла (страница 41)
зги б) в) Карманы «) б) а) Рнс. 7.9. Технология «креыннй нз сапфире» (КНС): а — исходная структура; 6 — рель«фны«карманы Рне. 7.8. Метод дн»л«ктрнчзской изоляции (зпнк-процесс): а — походная структура; 6 — травление канавок н окнсязннз; а — напыление полнкрнствзлнчзского крем- ння; г — конечная структура (карманы аа скрытым а -слоем) Глава 7. Элементы нптзгрвльных схем Если на 2-ом этапе (рис. 7.8, б) напылять не полупроводниковый слой (поли- кристаллический кремний), а диэлект. рический — керамику, получается вариант керамической изоляции. Этот вариант обеспечивает лучшую гальваническую и емкостную «развязку» элементов, но он сложнее н дороже. Большое распространение получила так называемая технология кремний на сапфире (КНС„англ. 303 — ЭШсоп Оп Зарр)пге).
Ее основные этапы показаны на рис. 7.9. Сапфир имеет такую же структуру кристаллической решетки, как и кремний. Поэтому на сапфировой пластине (подложке) можно нарастить эпитаксиальный слой кремния (рис. 7.9, а), а затем протравить этот слой насквозь до сапфира, так чтобы образовались кремниевые «островки карманы» для будущих элементов ИС (рис. 7.9, б). Эти карманы с нижней стороны изолированы друг от друга сапфиром — диэлектриком„ а с боковых сторон — воздухом. Поэтому технологию КНС часто относят к классу воздушной изоляции.
Недостатком этого метода является рельефность поверхности, которая затрудняет осуществление металлической разводки. Карманы з 225 7.2. Изоляаня элементов Комбинированные способы изоляции. В настоящее время самым распространенным комбинированным методом является так называемая изопланарная технология (изопланар). В ее основе лежит локальное сквозное прокисление тонкого (2 — 3 мкм) эпитаксиального слоя кремния и-типа (рис. 7.10). В результате локального прокисления эпитаксиальный п-слой оказывается разделенным на отдельные карманы и-типа — так же, как при методе разделительной диффузии (рис.
7.б). Однако в данном случае боковые изолирующие слои не полупроводниковые, а диэлектрические (окисные). Что касается донных частей карманов, то они по-прежнему разделены встречно-включенными р-д-переходами. Именно поэтому изопланар относится к комбинированным методам. Каждый карман в свою очередь разделен окислом на две части (1 и 2 на рис. 7,10, а). В главной части (1) осуществляются база и эмиттер транзистора, а во второй (2) — омический контакт коллектора (рис. 7.10, б).
Обе части связаны через скрытый пь-слой. Таким образом устраняются все четыре боковые (вертикальные) стенки коллекторного перехода, что способствует уменьшению коллекторной емкости. Локальное оиисЛенне 3 4 ~~~~~~~~ 31оз к а э в зю к б) Рис, тпьо. Изоиланарная технология: а — структура до базовой диффузии; б — конечная структура транзистора Локальное прокисление зпитаксиального слоя нельзя проводить через окисную маску, так как при высокой температуре и при наличии кислорода ее толщина будет расти за счет толщины л-слоя.
Поэтому в изопланаре для локального прокисления используют маски из ингрида кремния. 8 — 3433 Глава 7. Элемеиты иитегралъиа»х схем По сравнению с классическим методом разделительной диффузии изопланарный метод изоляции обеспечивает большую плотность компоновки элементов (т.е. лучшее использование площади), а также более высокие частотные и переходные характеристики транзисторов. Метод изоляции Ч-канавками показан на рис.
7.11, а. В данном случае вместо сквозного прокисления эпитаксиального слоя используется его сквозное протравливание методом аннзотропного травления (см. раздел 6.6). При атом поверхность кристалла должна иметь ориентацию (100), а травление идет по плоскостям (111), см. рис.
6.10, б. Размеры окна в маске делают такими, что грани (111) «сходятся» чуть ниже границы эпитаксиального слоя и образуют канавки Ч-образной формы, откуда и название метода. Зависимость между шириной и глубиной канавки строго определенная: (ф = Г2. При глубине 4 — 5 мкм ширина канавки составит всего 6 — 7 мкм, т.е. потери площади под изоляцию получаются весьма незначительными. Недостатком метода является необходимость использования плоскости (100), которой свойственна повышенная плотность поверхностных дефектов (см. рис. 2.5). Поли-31 з)ч«»« б) а) Рис. 7.11.
Метод изоляции У-каиавкаии (а) и У-каиавками (б) Рельеф, полученный в результате травления, окисляется, как и при эпик-процессе. Однако, в отличие от эпик-процесса, последующее напыление поликристаллического кремния имеет целью лишь выровнять рельеф поверхности для облегчения металлической разводки. Для этого достаточно заполнить поли- кремнием только канавки.
При использовании метода реактивного ионного травления можно дополнительно уменьшить ширину канавки. Такой метод изоляции получил название изоляции У-образными канавками (рис. 7.11, б). мзйс транзисторы и-р-и 7.3. Транзисторы ц-р-п. Поскольку и-р — и-транзисторы составляют основу биполярных ИС, мы рассмотрим их наиболее подробно, включая технологию изготовления. При этом будем считать, что изоляция осуществлена методом разделительной диффузии. Особенности, обусловленные другими методами изоляции, в необходимых случаях оговариваются. Распределение примесей.
На рис. 7.12 показано распределение примесей в слоях интегрального транзистора со скрытым пт-слоем (см. рис. 7.б, б). Следует обратить внимание на то, что распределение эффективной концентрации акцепторов в базовом слое оказывается немонотонным. Соответственно немонотонным оказывается и распределение дырок. Справа от точки максимума градиент концентрации дырок отрицательный и внутреннее поле (по отношению к инжектированным электронам) является ускоряющим. Это характерно для всех дрейфовых транзисторов. Однако слева от точки максимума градиент концентрации положительный, а значит поле является тормозящим.
Наличие участка с тормозящим полем приводит к некоторому увеличению результирующего времени пролета носи- М,см з 1О" 10'е Р017 10'з 8 10 х.мкм 0 2 ~ 4, 1ч 7е,см -з ш'7 ш1З 0 2 4 6 8 10 х,мкм Рис 7 12. Распределение концентрации примесей з структуре интесрзлъното и-р-л-транзистора и распределение зффектизных концентраций Глава 7. Эяемеитм интегральных схем телей через базу.
Однако расчеты показывают„что зто увеличение составляет всего 20 — 307с и для приближенных оценок может не учитываться. Конфигурации и рабочие параметры. Конфигурации интегральных транзисторов (в плане) имеют несколько вариантов. Два из них показаны на рис. 7.13. Д Алюминий а) Рис. 7.13. Конфигурация (тонология) траиаисторов.
а — асимметричная, о — симметричная Первая конфигурация (рис, 7.13, а) называется асимметричной: в ней коллекторный ток протекает к змиттеру только в одном направлении: на рис. 7.13, а — справа. Вторая конфигурация (рис. 7.13, б) называется симметричной: в ней коллекторный ток протекает к эмиттеру с трех сторон. Соответственно сопротивление коллекторного слоя г,„оказывается примерно в 3 раза меньше, чем у асимметричной конфигурации. Вторая конфигурация характерна также тем, что контактное окно и металлизация коллектора разбиты на две части. При такой конструкции облегчается металлическая разводка: алюминиевая полоска (например, змиттерная на рис.
7.13, б) может проходить над коллектором по защитному окислу, покрывающему поверхность ИС (подробнее см. равд. 7.9). Для примера на рис. 7.13, а приведены относительные размеры слоев интегрального л — р-и-транзистора для минимального литографического разрешения, равного 10 мкм. Для етого 229 У.З, транзисторы а-Р-в случая в табл. 7.1 приведены типичные параметры этих слоев, а в табл. 7.2 — типичные параметры транзисторов.
Таблица 7.1. Типичные параметры слоев интегрального и-р-н-транзистора Примечание: Ф вЂ” концентрация примеси (для диффузных базового и змиттерного слоев — поверхностная концентрация); д — глубина слоя; р — удельное сопротивление материала; В, — удельное сопротивление слоя. Таблица 7.2. Типичные параметры интегральных н-р-и-транзисторов Величину В„фигурирующую в табл. 7.1, называют удеяьньси со пРотивлением слоя. Происхождение етого параметра следующее.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
