Схема включения паразитного транзистора представлена на (рис. 19.4). Его коллекторный (изолирующий) переход всегда смещен в обратном направлении. Активному режиму основного транзистора соответствует режим отсечки паразитного транзистора. В этом случае его влияние невелико, так как токи утечки n-р переходов при обратных напряжениях малы.

Режиму насыщения основного транзистора соответствует активный режим работы паразитного. При этом ток утечки через него возрастает, что приводит к уменьшению базового тока основного транзистора:

19.2. Транзисторы с диэлектрической изоляцией

Рис. 19.5. Структура транзистора с диэлектрической изоляцией

Наряду с биполярными транзисторами, изолированными n-р переходом, применяют биполярные транзисторы с диэлектрической изоляцией. Основные отличия структуры такого транзистора состоят в том, что транзистор размещают в кармане, изолированном со всех сторон от

подложки из поликристаллического кремния тонким диэлектрическим слоем диоксида кремния. Качество такой изоляции значительно выше, так как токи утечки диэлектрика на много порядков меньше, чем у n-р перехода при обратном напряжении.

Однако биполярные микросхемы с диэлектрической изоляцией не получили широкого применения вследствие сложной технологии создания карманов и малой степени интеграции. Их достоинством является повышенная радиационная стойкость. У эпитаксиально-планарных транзисторов токи утечки изолирующих n-р переходов резко возрастают при воздействии ионизирующего излучения, вызывающего генерацию большого числа неосновных носителей. Ток утечки диэлектрика при этом остается пренебрежимо малым. Уменьшаются и токи утечки коллекторных n- р переходов, так как основная масса неосновных носителей генерируется за пределами карманов и не может достичь этих переходов.

380

19.3. Транзисторы с комбинированной изоляцией

Основным методом изоляции элементов современных биполярных микросхем является метод комбинированной изоляции, сочетающий изоляцию диэлектриком (диоксидом кремния) и n-р переходом, смещенным в обратном направлении. Существует большое число конструктивно-

технологических разновидностей биполярных микросхем с комбинированной изоляцией. Широкое распространение получили микросхемы; создаваемые по изопланарной технологии.

В этом случае отдельные элементы отделены друг от друга областями диоксида кремния, образующего карманы, в каждом из которых размещена структура n+-n типа, изолированная снизу n+-р переходом (рис. 19.6).

Рис. 19.6. Структура интегрального биполярного транзистора с

комбинированной изоляцией

При этом на последующих операциях, независимо от точности совмещения маски, боковые границы базового слоя совмещаются с границами изолирующего диоксида кремния, и тем самым область базы может иметь существенно меньшую площадь. На этапе получения эмиттерных и коллекторных n+-областей также применяют метод самосовмещения: в плоскости кристалла три границы эмиттерной области (за исключением четвертой, обращенной к базовому контакту) и все границы коллекторной контактной области определяются изолирующим диоксидом, используемым вторично в качестве маски.

Главное достоинство изопланарного транзистора по сравнению с эпитаксиально-планарным состоит в том, что при одинаковой площади эмиттерных переходов общая площадь изопланарного транзистора (с учетом площади изолирующих областей) меньше почти на порядок. Поэтому на основе изопланарных транзисторов можно создавать БИС и СБИС.

Столь значительное снижение площади достигается в результате использования более тонкого эпитаксиального слоя, что приводит к

381

уменьшению площади изолирующих областей. Кроме того, в конструкции

изопланарного транзистора исключены пассивные области базы и коллектора, не используемые под контакты, так как все боковые стенки

базовой и три боковые стенки эмиттерной области непосредственно ограничены изолирующим слоем диоксида кремния.

Для предотвращения появления каналов n-типа под изолирующими областями создают противоканальные области р+-типа с повышенной концентрацией акцепторов, при которой для типичных значений плотности

положительного поверхностного заряда формирование инверсного слоя исключается, так как концентрация поступивших к поверхности электронов оказывается ниже концентрации дырок.

Скрытый n+-слой в коллекторе изопланарного транзистора необходим для подсоединения к коллектору коллекторной контактной области. Он выполняет ту же функцию, что и в эпитаксиально-планарном транзисторе.

Изопланарный транзистор по сравнению с эпитаксиально-планарным имеет лучшие импульсные и частотные параметры. Поскольку при

одинаковых площадях эмиттерных переходов сравниваемых транзисторов в изопланарном транзисторе значительно уменьшены площади коллекторного и изолирующего переходов, а следовательно, пропорционально снижены и барьерные емкости указанных переходов.

Емкости всех переходов дополнительно уменьшаются еще и потому, что боковые стороны эмиттера, базы и коллектора граничат с диоксидом кремния, имеющим меньшую, чем кремний, диэлектрическую проницаемость. Кроме того, уменьшена площадь боковых стенок базы коллектора из-за снижения периметра этих областей и толщины эпитаксиального слоя.

19.4. Транзисторы типа p–n–p

Такой тип биполярного транзистора главным образом используется как нагрузочные приборы для n-p-n переключательных транзисторов. Все существующие варианты интегральных p-n-p транзисторов существенно уступают n-p-n транзисторам по коэффициенту усиления и предельной частоте. Для их изготовления используется стандартная технология, оптимизированная для формирования n+-p-n транзистора.

Наиболее часто используются горизонтальные p-n-p транзисторы, структура которых представлена на рис. 19.7. Эти транзисторы изготавливаются одновременно с n+-p-n транзисторами по обычной технологии. Эмиттерный и коллекторный слой получают на этапе базовой диффузии, причем коллекторный слой охватывает эмиттерный со всех сторон. Базовая область формируется на основе эпитаксиального слоя с подлегированнием контактной области во время эмиттерной диффузии.

Перенос носителей в таком транзисторе протекает в горизонтальном направлении в приповерхностной области, так как здесь расстояние между

382

эмиттером и коллектором минимальное и наиболее высока концентрация примеси в p-слоях.

в)

Рис. 19.7. Структура (а) и топология (б) горизонтального и стурктура подложечного (в) транзистора p-n-р структуры

Ширина базы (wб) в p-n-p транзисторе составляет примерно 3…4 мкм (не удается сделать меньше из-за боковой диффузии). В этом случае коэффициент усиления удается получить равным 50, а предельная частота составляет 20…40 МГц. Для уменьшения действия паразитного p-n-p транзистора (p-эмиттер, n-эпитаксиальный слой, p-подложка) стремятся уменьшить площадь донной части эмиттера (его делают по возможности более узким), используют скрытый n+-слой вдоль границы эпитаксиального слоя и подложки.

Основным недостатком горизонтального p-n-p транзистора является

сравнительно большая ширина базы и однородность распределения примеси в ней (этот транзистор является бездрейфовым). Эти недостатки можно устранить использованием дрейфовой структуры, в которой два электрода в противоположных концах базы создают в базовом слое электрическое поле, уменьшающее время переноса инжектированных дырок, а также смещение на эмиттере, снижающее инжекцию из его донной части.

Совершенно не изменяя топологический процесс изготовления n+-p-n транзистора, чисто конструктивно и за счет подключения соответствующих

областей транзисторной структуры можно сформировать еще один вариант p-n-p транзистора, так называемый подложечный транзистор, в котором роль эмиттера, базы и коллектора выполняют базовая и коллекторная области основного транзистора и изолирующая область соответсвенно. Поскольку подложка микросхемы обычно подключена к точке схемы, имеющей

383