Изоляция элементов

Все элементы полупроводниковой микросхемы находятся внутри одного кристалла, поэтому они должны быть изолированы друг от друга. Самый естественный способ – изоляция диэлектриком, когда каждый элемент размещается в отдельном диэлектрическом кармане (рис. 32). Необходимость создания карманов усложняет технологию, поэтому, несмотря на хорошую изоляцию, такой способ применяется редко.

Разновидностью диэлектрической изоляции является – воздушная изоляция (рис.34).

Изоляция p-n–переходом показана на рис. 30. Предполагается, что на подложке всегда самый низкий потенциал, поэтому р-n-переходы между коллекторными областями и подложкой всегда закрыты. Изоляция элементов друг от друга осуществляется запертыми р-n-переходами. Качество изоляции в этой структуре хуже, чем в предыдущей, но технологические преимущества обусловили ее широкое применение. Лучшими характеристиками обладает изоляция p-n-переходом со скрытым n⁺-слоем (рис. 31). Скрытый n⁺-слой уменьшает сопротивление коллектора, что является преимуществом планарно-эпитаксиальной структуры.

Комбинированная изоляция между транзисторами показана на рис. 33. Этот метод является основным в современных микросхемах на биполярных транзисторах. Он сочетает изоляцию диэлектриком (диоксидом кремния) и р-n-переходом, сме­щенным в обратном направлении. Является основным при производстве БИС и СБИС.

Гибридная микросхема выполнена на диэлектрической (стеклянной или керамической) подложке. В качестве пассивных элементов используются пленочные резисторы и конденсаторы, а в качестве активных – дискретные бескорпусные навесные транзисторы и диоды (рис.7 и 8).

Пленочный резистор выполнен в виде пленки из резистивного материала с металлическими контактными площадками на концах (рис.13, 14, 16).

При проектировании ГИМС топология резисторов определяется с помощью параметра – коэффициента формы (формула 50), численно равного числу квадратов на поверхности резистивного слоя, где l и – длина ширина резистора. Заметим, что это не число квадратных миллиметров или сантиметров, а минимальное число квадратов, которое можно разместить на поверхности слоя. Если , то резистор выполняется в форме меандра или в виде нескольких прямоугольных отрезков, соединенных последовательно перемычками из проводящих пленок, как показано на рис. 16. Когда , т.е. L < b, то форма резистора соответствует рис. 13. Значения и не рекомендуются.

Конденсатор представляет собой три последовательно нанесенные пленки: металл, диэлектрик, металл. В качестве диэлектрика часто применяется диоксид кремния.

Структура (разрез) пленочного конденсатора (рис. 22 и 24) и его топология показаны на рис. 23 и 21.

В качестве диэлектрика используют материалы, обеспечивающие достаточную удельную емкость . При заданной емкости расчет топологии сводится к выбору диэлектрика и нахождению площади верхней пластины (рис. 49). Диэлектрик должен выступать за край верхней обкладки на 100...200 мкм.

При малой потребной емкости конденсатор выполняется в виде двух пересекающихся проводников, разделенных диэлектриком.

В качестве навесных компонентов используются бескорпусные диоды, транзисторы (рис.7 и 8) и полупроводниковые ИМС.