Способы изоляции элементов полупроводниковых имс

Как пассивные, так и активные элементы полупроводниковых ИМС имеют электрическую связь с общей полупроводниковой пластиной, а также друг с другом, поэтому их необходимо изолировать. Электрическую изоляцию элементов выполняют следующими способами:

обратно включенным р-п-переходом;

диэлектрической пленкой;

формированием островковых структур.

Изоляция элементов ИМС обратно включенным

р-п-п ереходом – наиболее распространенный способ, сущность которого состоит в формировании в исходной пластине дополнительных р-л-переходов, окружающих каждый элемент или группу элементов ИМС. Такие дополнительные р-п-переходы,, называемые изолирующими, получают либо диффузией, либо эпитаксией и последующей диффузией.

Рис. 57. Изолированные области Рис. 58. Изолированные области (п-типа), создаваемые диффузи- п-типа, создаваемые в эпитакси ей примесных атомов в пластине альном слое диффузией акцеп- р-типа торной примеси

При диффузионном методе получения изолирующих р-л-переходов на первой операции диффузии в подложке р-типа (рис. 57) формируют области л-типа электропроводности, имеющие заданную конфигурацию, а на последующих стадиях технологического процесса в этих областях создают необходимые элементы ИМС. Так как при таком способе изоляции между элементами ИМС действуют два встречно включенных р-л-перехода, при любых электрических потенциалах, приложенных к каждой изолированной л-области, один из р-п-переходов будет включен в обратном направлении. Поскольку область объемного заряда обратно включенного р-п-перехода лишена подвижных носителей, ее удельное сопротивление близко к удельному сопротивлению диэлектрика. Взаимно изолированные области пластины (в данном случае области п-типа) называюу карманами. При способе изоляции р-п-переходом напряжение пробоя между двумя соседними карманами достигает 50 - 80 В, а токи утечки через обратно включенные р-п-переходы не превышают нескольких наноампер. В результате обеспечивается достаточно надежная изоляция элементов, создаваемых внутри карманов. Барьерные емкости обратно включенных р-п-переходов вызывают паразитные взаимодействия, что существенно ограничивает частотный диапазон ИМС.

В современных типах ИМС наиболее часто используют эпитаксиальный способ изоляции элементов ИМС, при котором на кремниевой пластине электропроводности р-типа, например (рис. 58), выращивают монокристаллический слой п-типа электропроводности, имеющий толщину 5 — 10 мкм. Затем через этот слой проводят диффузию, получая области р -типа, которые частично перекрывают исходную пластину р-типа электропроводности. Так создают области п-типа (карманы), изолированные друг от друга р-п-переходами.

Изоляция элементов ИМС диэлектрической пленкой диоксида или нитрида кремния также довольно распространенный способ, называемый эпик-процессом. Сущность его состоит в следующем. В исходной пластине монокристаллического кремния вытравливают канавки глубиной 10 - 15 мкм, окисляют поверхность и выращивают толстый слой поликристаллического кремния, который заполняет рельеф. Затем с нижней стороны поверхность исходной пластины сошлифовывают вплоть до дна вытравленных канавок, получая таким образом монокристаллические области, окруженные поликристаллическим кремнием и изолированные диэлектриком (рис. 59).

Рис. 59. Создание монокристаллических Рис. 60. Создание островковой

областей кремния, изолированных изоляции по технологии

диэлектриком в пластине поликрис- кремний на сапфире:

талического кремния: 1,2 – моно- и 1 – кремний, 2 – сапфир

поликристаллический кремний,

3 – диэлектрик

Этот способ обеспечивает надежную изоляцию элементов (пробивные напряжения между соседними областями более 1 кВ), позволяет существенно снизить паразитные емкостные взаимодействия и во много раз - токи утечки. Однако технология получения диэлектрически изолированных областей достаточно сложна и дорогостояща, поэтому такой способ изоляции используют при изготовлении прецизионных аналоговых ИМС.

Островковую изоляцию (рис. 60), выполняемую по КНС-технологии (кремний на сапфире), начали применять недавно. При этом на сапфировой подложке выращивают монокристаллическую пленку кремния толщиной несколько микрометров. Затем химическим травлением удаляют кремний в некоторых локальных областях. В результате на сапфировой подложке образуются взаимно изолированные кремниевые островки. Хорошая изоляция островков и малые паразитные емкости позволяют существенно повысить плотность упаковки элементов и повысить быстродействие ИМС на сапфировых пластинах. Основной недостаток островковой изоляции обусловлен сложным рельефом поверхности, затрудняющим получение надежной металлической разводки.