гии) оксидируют поверхность эпитаксиальной пленки, наносят фоторезист, засвечивают его через фотошаблон, вскрывают окна в диоксиде кремния, производят локальную диффузию акцепторов через эпитаксиальный слой до подложки. В полученных локальных областях («островках» на рис. 9.5, б) с «-электропроводностью в дальнейшем формируют структуры транзисторов, диодов.

Изоляция методом разделительной диффузии позволяет улучшить характеристики и параметры транзисторов. Для этого перед выращиванием эпитаксиального слоя проводят методом планарной технологии дополнительную диффузию донорной примеси, создавая скрытые легированные слон (п+-слои). При этом под коллектором будущего транзистора появляется хорошо проводящая область и улучшаются его характеристики.

В структуре п-р-п транзистора со скрытым п.+-слоем коллектора (рис. 9.6) изоляция р-п-переходов между транзистором и другими элементами схемы обеспечивается созданием коллектора на подложке р-типа и охватом изолирующего транзистора разделительным диффузионным слоем р-типа.

Исходная подложка кремния р-типа подвергается оксидированию,, в диоксиде кремния с помощью фотолитографии создают окна, размеры которых несколько больше размеров коллекторных переходов. В окна проводят диффузию при1месей (мышьяка или сурьмы), создающих высокую концентрацию носителей заряда и обладающих низким коэффициентом диффузии в кремнии. При этом образуются п+-области будущих скрытых слоев. Они располагаются под коллекторами транзисторов и шунтируют высокое сопротивление коллекторного слоя, вследствие чего снижается объемное сопротивление коллекторов.

В дальнейшем технологическом цикле удаляют диоксид со всей поверхности пластины и наращивают эпитаксиальный слой «-электропроводности, толщиной 15-20 мкм. В этом слое затем формируют все активные и пассивные элементы ИМС. На последующем этапе на эпитаксиальном слое выращивают пленку диоксида кремния, вскрывают в ней окна, ограничивающие локальные области ИС, которые должны быть изолированы друг от друга. В полученные окна проводят Диффузию бора на глубину 20-25 мкм, чтобы образовавшийся за счет диффузии р+-слой сомкнулся с р-подлож-кой и изолировал структуру транзистора и другие области схемы. Возникший изолирующий р-п-переход включает три участка: р+-п; р-п; р-п+ с различными напряжениями пробоя. Минимальное напряжение пробоя в схеме должно превышать максимальное напряжение смещения в ИМС. При последующих операциях формируется р-база, р-резйстор, п+-эмиттер и п+-контакт к коллектору. Весь процесс создания изоляции включает шесть операций фотолитографии.

Для улучшения параметров транзисторов в ИМС технологию рассмотренного стандартного метода изоляции совершенствуют. Достигается это путем уменьшения толщины как эпитаксиального

слоя, так и последующих диффузионных- слоев. При этом возрастает плотность упаковки элементов БИМС.

Изоляция с помощью коллекторной разделительной диффузии позволяет уменьшить площади изолирующих областей по сравнению со стандартным методом изоляции. Для завершения изоляции вместо разделительной диффузии используют диффузию коллекторных контактных областей, что экономит площадь кристалла и уменьшает (до 5) число операций фотолитографии.

Недостатком рассмотренных методов изоляции с помощью р-п-перехода является наличие тока утечки и емкости р-п-перехода. Кроме этого, необходима коммутация схемы таким образом, чтобы изолирующий р-п-переход всегда находился под обратным смещением. От этого недостатка свободны ИС с диэлектрической изоляцией элементов.

Диэлектрическая изоляция. Замена изолирующего р-п-перехода диэлектриком улучшает радиационную стойкость схем, повышает напряжение пробоя, снижает паразитную емкость, вследствие чего повышается быстродействие ИС. Метод диэлектрической изоляции также имеет несколько вариантов. Однако все способы изоляции диэлектриком состоят в том, что отдельные локальные области полупроводникового материала разделяются слоем создаваемого различными способами диэлектрика.

Изоляция диоксидом кремния (эпик-процесс) получила широкое распространение. Исходной структурой служит пластина монокристаллического кремния 3 с электропроводностью л-типа с удельным сопротивлением 0,25 Ом-см (рис. 9.7,с). На п-пласти-не выращен эпитаксиальный п+-слой 2. Его оксидируют, затем с помощью фотолитографии в нем устраивают окна 1 требуемой конфигурации. В окнах кремний вытравливают на глубину 20- 30 мкм. Ширина разделительных канавок создается примерно 50-80 мкм. На поверхности эпитаксиального слоя и вытравленных

Исходная пластина

Ю 7 8 S п п*

Рис. 9.7. Эпик-процесс

Рис. 9.8. Позитивный метод изоляции

канавок (методом термического или пирслитического оксидирования) создают изолирующий слой диоксида кремния 4 (рис. 9.7,6) толщиной около 1 мкм. Затем пластину помещают в эпитаксиальный реактор, где вся ее поверхность покрывается слоем поликристаллического кремния 5 толщиной 200-250 мкм. Пластину шлифуют с двух сторон. Со стороны монокристалла п-типа пластину шлифуют до обнажения заполненных поликремнием канавок }. Поверхность полируют и оксидируют. В результате получают подложку структуры (рис. 9.7, в), состоящую из поликристаллического кремния, в котором заключены отдельные участки 6 монокристаллического кремния п-типа, изолированные от поликристаллического кремния 5 пленкой диоксида кремния 4.

При рассмотренном способе изоляции элементов толщина слоя не может быть меньше 5-7 мкм, что допустимо для многих ИС, но неприемлемо для транзисторов малых размеров. У них при большой толщине п-слоя значительно возрастает сопротивление насыщению при легировании областей, поэтому используют другие методы диэлектрической изоляции.

Позитивный метод изоляции позволяет получить п-слой с заданной толщиной и высокой однородностью. Исходной структурой служит отполированная и оксидированная пластина 1 кремния п+-типа (рис. 9.8, а). После оксидирования (слой 2) наращивают поликристаллический кремний 3. Затем в процессе шлифовки, полировки и травления толщину п+-слоя доводят до 8-10 мкм и наращивают на нем эпитаксиальный слой 4 (рис. 9.8, б) требуемой толщины и удельного сопротивления. Этот слой 4 оксидируют (слой 5) и вытравливают разделительные канавки 6 до первоначальной пленки 2 (см. рис. 9.8, а) диоксида на границе раздела между монокристаллическим 1 и поликристаллическим 3 кремнием. Стенки канавок окисляются (слой 7, рис. 9.8, в); вся поверхность покрывается слоем 8 поликристаллического кремния, заполняющего канавки на полную глубину. Пластину полируют и удаляют поликристаллический кремний (слой 8) до обнажения диоксида 5 и завершают процесс окисления. При таком способе рабочая область пластин формируется эпитаксиальным наращиванием, их поверхность сразу защищается от повреждений диоксидом и улучшаются характеристики ИС.

Интегральные схемы, изготовленные с применением эпик-процесса и его модификаций, могут работать на частотах до 250 МГц из-за увеличения тангенса угла диэлектрических потерь в поликристаллическом кремнии. Для снижения потерь изоляцию с помощью п6ликристал.лического кремния заменяют материалами (стекло, ситалл, керамика) с температурным коэффициентом расширения, близким к кремниевой подложке, с более высокой электрической прочностью, меньшими диэлектрическими потерями, что позволяет повысить до нескольких гигагерц рабочую частоту ИС.

Комбинированные методы изоляции. Данные методы используют преимущества методов изоляции р-п-переходом и диэлектриком. К ним относят изо-, эпи- и полипланарный методы.