Федосеева - Основы электроники и микроэлектроники (989598), страница 46
Текст из файла (страница 46)
Назовите виды интегральных микросхем и объясните, что представляет собой каждый из этих видов. глава з.з. ЭЛЕМЕНТЫ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ 5.3.!. Элементы полупроводниковых интегральных микросхем Полупроводниковые интегральные микросхемы содержат активные и пассивные элементы, формируемые в кристалле кремния в едином технологическом процессе. Эти элементы должны быть изолированы друг от друга и соединены согласно электри- ческой схеме.
По типу основного активного элемента — транзистора — полупроводниковые ИМС делят на биполярные и МДП-микросхемы. Соответственно, отличается и технология изготовления микросхем на базе структур биполярных н МДП- транзисторов. Рассмотрим кратко, как формируются активные и пассивные элементы в этих двух разновидностях полупроводниковых микросхем. Транзисторы. Наиболее важным и сложным элементом при изготовлении интегральной микросхемы является транзистор. Его структура служит базой для формирования всех остальных элементов ИМС (как активных, так и пассивных). Большинство биполярных транзисторов создается со структурой п-р-п, электрические характеристики которой лучше, чем у структуры р-и-р; но для реализации некоторых электрических схем требуются транзисторы с противоположным типом электропроводности, так что используют и транзисторы типа р-и-р. Транзисторы типа и-р-и характеризуются ббльшим быстродействием и возможностью получения большего коэффициента передачи тока а, так как подвижность электронов в несколько раз превышает подвижность дырок.
Для изготовления элементов на основе транзисторной структуры используется планарная технология. При такой технологии элементы имеют плоскую структуру: их р-и переходы и контактные площадки выходят на одну плоскость полупроводниковой пластины — подложки, на поверхности и в объеме которой создаются элементы. Разновидности планарной технологии — планарно-диффузионная и планарно-эпитаксиальная технология. При планарно-диффузионной технологии для создания слоев полупроводника и-типа и р-тнпа примеси вводятся методом диффузии — перемещения частиц при их тепловом движении в направлении, где их концентрация меньше.
При планарно-эпитаксиальной технологии используют метод эпитаксии: на пластину полупроводника, служащую подложкой, наращивают слои, кристаллическая решетка которых повторяет кристаллическую структуру пластины, как бы продолжая кристалл. Одновременно с эпитаксиальным наращиванием полупроводниковых слоев в них вводят требуемые примеси, получая области и-типа и р-типа. Для формирования биполярных транзисторов и-р-и типа основой служит монокристаллическая, т. е. имеющая правильную кристаллическую решетку, пластина кремния р-типа толщиной не более 50 мкм. Она служит подложкой. При планарно-диффузионной технологии (рис. 5.5) на поверхности этой подложки путем различных технологических процессов создают пленку двуокиси кремния 510т, которая является защитной и изоляционной (1). З?З а~о 8|ох доиорчан оь В~О х Окна В'О вю Вива Аицепторнан примеоь Рис. 5.5.
Последовательность формирования биполярных транзисторов типа л-р-л при плвнарио-диффузионной технологии изготовления ИМС 2!5 214 уР Затем вытравливают в этой пленке отверстия по количеству создаваемых транзисторов (2). В полученные окна методом диффузии вводят примеси, образующие слои и-типа. Они изолированы друг от друга и от подложки р-и переходами, смещенными в обратном направлении. Эти островки и-типа образуют коллекторы транзисторов (8). На них наносится через специальные маски примесь, атомы которой диффундируют в и-слой и создают базы р-типа. Затем таким же образом вводят примеси, создающие вторую область и-типа — эмиттеры транзисторов (4). На полученные локальные структуры п-р-и напыляют металлизированные контакты и соединительные дорожки. На поверхности между контактами создается пленка %Ох.
При планарно-эпитаксиальной технологии (рис. 6.6) для получения транзисторов а-р-и типа на кристаллическую подложку из кремния р-типа наращивают эпитаксиальный кристаллический слой л-типа и создают на нем защитную пленку двуокиси кремния %Ох (1). В ней методом травления делают окна (позиция 2). Через эти окна осуществляется диффузия атомов примеси, создающая в эпитаксиальном слое под окнами области р-типа, сливающиеся с подложкой того же типа. Таким образом в эпитаксиальном слое остаются островки, образующие коллекторы транзисторов л-типа (3).
Далее эти островки подвергают обработке, как при планарнодиффузионной технологии. Поскольку полученные таким способом транзисторы (4) со стороны коллектора и-типа окружены со всех сторон областями полупроводника р-типа, образуется р-и переход, который изолирует транзисторы друг от друга, а также от других элементов схемы при подаче на него обратного напряжения. При создании л-р-и-структур для транзисторов одновременно в этом же технологическом процессе на основе получаемых областей полупроводника с разными типами электропроводности создаются диоды и пассивные элементы микросхемы. Изоляция элементов может быть осуществлена р-л переходами или диэлектриками.
При использовании структуры полевых транзисторов наибольшее распространение получили транзисторы с изолированным затвором (рис. 6.7). Для этого в интегральных микросхе- Оииа 3 4 Рис. 5.5. Последовательность формирования биполярных транзисторов типа и-р-л при планерно-зпитаксиальной технологии изготовления ИМС В|Ох И 3 С И 3 С В'ОВ И 3 С И 3 С 0 б Рис. 5 У. МЛП-структура ИМС: а — со встроенным каналом; б — с индуцнроваиным каналом мах создают МДП-структуры, а при использовании в качестве диэлектрика под затвором двуокиси кремния Ь)От — МОП- структуры.
Диоды и пассивные элементы также формируются на основе МДП- или МОП-структуры. ИМС на основе этих структур изготовляют на кремниевой пластине и- или р-типа по плановой технологии. Конструкция интегральных микросхем на МДП-транзисторах обеспечивает более высокую степень интеграции и плотность упаковки в связи с тем, что при создании МДП-структур не нужна изоляция между элементами, а площадь, занимаемая таким транзистором, на два порядка меньше площади биполярного транзистора.
Кроме того, для каждого биполярного транзистора требуются три контакта металла с полупроводником, а для МДП-транзистора — только два; количество операций в технологическом процессе изготовления микросхем на основе МДП-структур сокращается примерно в три раза по сравнению с изготовлением микросхем на основе биполярных транзисторов. Диоды.
В полупроводниковых ИМС диоды формируют одновременно с биполярными транзисторами, на основе тех же слоев и р-и переходов. Получать диоды на основе транзисторных структур и-р-и проще, чем формировать отдельные, специально для них, р-и структуры. Возможны разные схемы диодного включения транзисторов. Например, используется эмиттерный переход, а коллекторный замкнут или разомкнут, либо используется коллекторный переход, а эмиттерный замкнут или разомкнут. Параметры диодов в полупроводниковых ИМС зависят от свойств используемого р-и перехода. Допустимое обратное напряжение определяется напряжением пробоя. Для схем с использованием эмиттерного перехода оно невелико и составляет 5 — 7 В, а при использовании коллекторного перехода оно в зависимости от концентрации примеси в коллекторе составляет 20 — 50 В.
Резисторы. Из пассивных элементов микросхем наибольшее распространение получили резисторы. Параметры резисторов в полупроводниковых ИМС вЂ” номинальное сопротивление, допуск на отклонение от номинала, мощность рассеяния и температурный коэффициент сопротивления — зависят от материала, формы и способа формирования резистора. Полупроводниковые резисторы — это резисторы, изготовленные в полупроводниковом материале методами полупроводниковой технологии, которыми формируются транзисторы, диоды и все остальные элементы полупроводниковой ИМС.
Их делят на объемные и диффузионные. Объемные резисторы получают созданием омических, т. е. невыпрямляющих контактов металл — полупроводник. Они не имеют широкого распространения из-за температурной нестабильности и большой занимаемой площади. Диффузионные резисторы получают одновременно с формированием других элементов при изготовлении транзисторной структуры и-р-н методами планарной технологии с локальной диффузией примесей в разные слои в островках подложки. Обычно используют базовый или эмиттерный диффузионный слой транзисторной структуры.
Толщина такого резистора— 216 порядка 3 мкм, что гораздо меньше его длины и ширины. На рис. 5.8 представлены структуры диффузионных резисторов на основе базового и эмиттерного слоев планарно-эпитаксиального биполярного транзистора. Наиболее распространены резисторы, сформированные на основе базового слоя (рис. 5.8, а). В островке эпитаксиального слоя, предназначенном для формирования резистора, эмиттерный слой не создается. Базовый слой используется как резистор; на поверхности кристалла он защищен 1Π— (, ) — О2 Выводы резистора В|О Островки апнтанонального слоя Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
