Главная страница  Полупроводниковые электровакуумные приборы 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [ 54 ] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132] [133] [134] [135] [136] [137] [138] [139] [140] [141] [142] [143] [144] [145]

/конденсатор

р /г+ Транзистор

р Резистор

Подложка Р-типа

-Ul-

Рис. 9.3. Совмещенная ИМС

Плотность упаковки полупроводниковых ИМС до 10 эл/см, степень интеграции /СиЗ, линейные размеры отдельных элементов около 2 мкм, а расстояние между элементами около 5 мкм.

Особенность ПИМС состоит в том, что все их элементы изготовляют одновременно в едином технологическом цикле, отдельные операции которого (окисление, травление, диффузия, эпитак-сия) выполняются в одной и той же среде. Их активные элементы изготовляются в монокристалле полупроводника, вследствие чего поручаются хорошие электрические характеристики. Пассивные элементы обладают рядом недостатков: ограничен диапазон их номиналов, велик разброс параметров. Кроме того, полупроводниковые резисторы и конденсаторы в виде р-п-переходов имеют существенную температурную зависимость параметров, многочисленны в них паразитные связи между элементами, значительны емкости, отделяющие резисторы от полупроводниковой подложки.

Несмотря на указанные недостатки, ПИМС остаются одним из наиболее перспективных направлений микроэлектроники, так как позволяют получить малогабаритные, надежные, достаточно сложные в функциональном отношении схемы при малой их стоимости.

Отмеченные выше недостатки ПИМС устранены в монолитных ИМС, изготовленных по-совмещенной технологии.

Совмещенные ИМС. Совмещенные ИМС представляют собой монолитные ИМС с полупроводниковой подложкой, в кристалле которой сформированы активные элементы, а на ее поверхностной пленке диоксида кремния - тонкопленочные пассивные элементы. Активные пленочные элементы уступают полупроводниковым, поэтому в совмещенных монолитных схемах пленочную технологию используют для изготовления лишь пассивных элементов (резисторов, конденсаторов) с большим диапазоном их номинальных значений и более высокой температурной стабильностью параметров.

Различают тонко- и толстопленочные ИМС. Тонкопленочные схемы изготовляют методами напыления в вакууме или анодного окисления токопроводящих, резистивных и диэлектрических пленок толщиной до 1 мкм. В толстопленочных схемах токопроводя-щие, резистивные и диэлектрические слои толщиной 1-25 мкм наносят методами трафаретной печати или литографии.

На рис. 9.3 приведена структура и принципиальная электрическая схема совмещенной ИМС. Транзистор изготовлен в полупро-



водниковои пластине, а резистор и конденсатор получены вакуумным напылением.

ИМС, изготовленные по совмещенной технологии, сочетают высокую степень интеграции монолитных ИМС с хорошими электрическими параметрами. Однако эти достоинства совмещенных ИМС достигаются за счет увеличения числа технологических операций и их усложнения, что удорожает изделия. Совмещенные ИМС в основном выпускают для микроваттного диапазона, где требуются большие номиналы сопротивлений в сочетании с малыми размерами и .малыми температурными коэффициентами элементов. Менее трудоемки и просты в изготовлении гибридные ИМС.

Гибридные микросхемы. Гибридные интегральные микросхемы (ГИМС) представляют собой сочетание монолитных полупроводниковых и пленочных схем с дискретными элементами и компонентами. Монолитная часть ГИМС обычно содержит пассивные элементы, а дискретными компонентами служат активные элементы. В наиболее широко распространенном варианте ГИМС на изолирующей подложке изготовлены пленочные резисторы, индуктивности, контактные площадки, на которые напаивают дискретные активные элементы - бескорпусные транзисторы, диоды со специальным влагостойким покрытием. В качестве примера на рис. 9.4 приведена структура и принципиальная электрическая схема ГИМС.

ГИМС позволяют использовать преимущества пленочной технологии в сочетании с полупроводниковой. Резисторы и конденсаторы, полученные методами пленочной технологии, обладают высокой точностью параметров, малой их температурной зависимостью и при небольших размерах элементов могут иметь большие номиналы. Отсутствие общей подложки, являющейся базовой пластиной для формирования всех элементов, ослабляет паразитные связи элементов и компонентов.

В ГИМС меньше плотность компоновки элементов (до 150 эл/смЗ) и степень интеграции, что вызывает увеличение их размеров и массы. По сравнению с монолитными схемами ГИМС обладают меньшей надежностью (из-за большого числа сварных соединений) и более высокой стоимостью. Гибридные микросхемы наиболее перспективны для устройств с относительно небольшим числом активных элементов.

i Cf SlO Аи


конденсатор Транзистор Резистор

Керапическая подложка

Рис. 9.4. Гибридная ИМС



Важной технологической задачей производства ИМС является электрическая изоляция отдельных элементов, формируемых на общей подложке или пластине.

§ 9.3. Методы изоляции элементов ИМС

В одном кристалле полупроводниковой ИМС различными методами (диффузии, эпитаксии, вакуумного напыления, ионной имплантации, фотолитографии и др.) сформированы соединенные между собой активные и пассивные элементы. Между ними существуют нежелательные паразитные емкостные, индуктивные, резистивные связи. Важной задачей при конструировании ИС является обеспечение изоляции элементов, исключающей нежелательные связи между ними. Изоляцию элементов и областей ИМС осуществляют с помощью обратно смещенных р-п-переходов и диэлектриков. Изолирующие р-п-переходы формируют преимущественно методом диффузии.

Изоляция электронно-дырочным переходом. При таком способе изоляции для каждого элемента в кристалле формируется своя локальная область («островок»), окруженная электронно-дырочным переходом. При работе микросхемы на р-п-переход подается обратное смещение. В настоящее время разработано свыще десяти способов создания изолирующих р-п-переходов (планарно-эпитак-сиальный с разделительной диффузией, позитивный, изопланар-ный, эпипланарный и др.).

Рассмотрим формирование изолирующих переходов наиболее распространенным планарно-эпитаксиальным методом с разделительной диффузией (рис. 9.5,о). Сначала на пластине кремния р-типа выращивают эпитаксиальный слой с электропроводностью, противоположной объему полупроводника (в варианте п-типа). По всей площади пластины кремния создается эпитаксиальный р-п-переход. Затем (в процессе ряда этапов планарной техноло-

а) \,, .1. ,, 1-л База Эмиттер- Коллектор

/ \Si п i \

ОстроВии


Скрытый л+ коллектор J

Подложка р-типа

Рис. 9.5. Формирование островков Рис. 9.6. Структура п-р-п-транзистора

п-типа в подложке р-типа планар- со стандартной разделительной диффу-но-эпитаксиальным методом с раз- зией

делительной диффузией




[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [ 54 ] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132] [133] [134] [135] [136] [137] [138] [139] [140] [141] [142] [143] [144] [145]

0.016