3. Элементы полупроводниковых ис

   1. Изоляция элементов полупроводников ис

Планарная технология и способ электрической изоляции элементов ИС являются фундаментальными открытиями в технологии изготовления полупроводниковых ИС.

Общие сравнительные характеристики методов изоляции

1. Изоляция обратно-смещенным p-n переходом

Недостатки:

• наличие обратных токов

• наличие барьерных ёмкостей

• относительно низкая стабильность работы ИС в диапазоне температуры

• пониженная стойкость к радиации

Достоинства:

• хорошо вписываются в технологический процесс

Методы изоляции:

1. стандартной технологии (планарноэпитаксиальной с использованием разделительной диффузии)

2. тройная диффузия

3. встречная диффузия

4. изолирующая диффузия

2. Изоляция диэлектриком

Токи утечки на 3-5 порядков ниже. Паразитные ёмкости на 3-5 порядков ниже. Недостатком является наличие дополнительных технологических операций.

Методы изоляции в зависимости от используемого материала и способов технологической реализации:

1. EPIC – технология

2. Декальп – технология

3. Кремний на сапфире технология

3. Комбинированный метод

В основу изготовления изоляции положены процессы, обеспечивающие формирование элементов с изолирующими p-n переходами, их горизонтальных участков и диэлектрикам – вертикальных боковых областей.

Методы изоляции:

1. Изопланарная технология

2. Эпипланарная технология

3. Полипланарная технология

4. Изоляция V-канавками

4. Изоляция В МОП и КМОП ИС.

В одинаковых МОП транзисторах истоки и стоки смежных транзисторов разделены встречно включенными p-n переходами. Между транзисторами находится кремний с низким удельным сопротивлением. Связь между транзисторами обусловлена наличием малых обратных токов p-n переходов.

Обмен носителей между каналами возможен только при размерах менее 5 микрон. Изоляции между отдельными МОП или КМОП транзисторами не требуется, это определяет значительное уменьшение трудоёмкости изготовления (на 40%).

В КМОП ИС для изоляции – выполняются изолирующие карманы n(p) типа и соответственно изоляции не требуется.

2. Интегральный n-p-n транзистор

n-p-n транзистор выполняется по стандартной эпитаксиальной технологии.

В ассиметричной области ток коллектора протекает только в одном направлении, в симметричной – ток коллектора протекает с трех сторон.

Основными параметрами n-p-n транзистора являются:

• коэффициент усиления (100200), допуск 30%;

• предельная рабочая частота 200500 МГц, допуск 20%;

• коллекторная емкость 0,30,5 пФ, допуск 10%;

• напряжение пробоя коллектор-база 4050 В, эмиттер-база 80 В;

Интегральная микроэлектроника позволяет получать транзисторы со структурой, несвойственной дискретным транзисторам (многоэмиттерные (МЭТ) и многоколлекторные (МЭТ)). Количество эмиттеров может быть от 5 до 8.

Структура МКТ не отличается от структуры МЭТ. МКТ является основой цифровых ИС. Основная проблема при разработке МКТ – повышение нормированного коэффициента передачи тока от общего n-эмиттера к каждому n-коллектору.

Для изготовления ИС на биполярных транзисторах наибольшее распространение получила планарно-эпитаксиальная технология. Коллектор изготовляется эпитаксиальным наращиванием слоя кремния, база и эмиттер – диффузией примесей в эпитаксиальный слой. Выводы всех элементов получаются в плане (планарная технология).

Технологический процесс:

1. Окисление исходной пластины кремния (получение SiO₂).

2. Фотолитография для вскрытия окон SiO₂.

3. Диффузия сурьмы или мышьяка для образования n+ области.

4. Удаление SiO₂ и эпитаксиальное наращивание n-кремния.

5. Окисление.

6. Вторая фотолитография для формирования окон под разделительную диффузию.

7. Разделительная диффузия бором в 2 стадии с образованием изолирующей области p-типа.

8. Образование базовой области.

9. Окисление.

10. Третья фотолитография для создания окон.

11. Базовая диффузия в 2 стадии.

12. Образование эмиттера и получение катода диода или обкладки емкости.

13. Окисление.

14. Четвертая фотолитография.

15. Диффузия фосфором для создания области коллектора n+ и эмиттера n+.

16. Окисление.

17. Пятая фотолитография для получения окон под омические контакты.

18. Металлизация или химическое напыление алюминия.

19. Шестая фотолитография для получения внутренних соединений и контактных площадок.

20. Формирование защитного покрытия и вскрытие окон на контактных площадках.

21. Зондовый контроль.

По данной технологии изготовляется ППИС первой и второй степени интеграции. Технология сравнительно проста и хорошо освоена в промышленности.

Контроль параметров сложен и экономически не выгоден. Отбраковка происходит после выполнения межсоединительных контактов на этапе проверке ИС на функционирование.