Рис. 9.9. Изопланарная и эпипланарная изоляция

Изопланарный метод основан на использовании в качестве изоляции термически выращенного диоксида кремния. При этом методе после формирования в кремниевой подложке 1 (рис. 9.9, а) скрытых коллекторных областей 2 п+-типа на поверхности пластины, выращивают тонкий эпитаксиальный слой 3 п-типа (при изготовлении транзисторов с двойной диффузией) или р-типа (при изготовлении транзисторов с эпитаксиальной базой). Затем на полученном эпитаксиальном слое формируется маска из нитрида кремния и проводится оксидирование кремния (для образования изолирующих областей на тех участках, где в нитрате кремнии были вскрыты окна 4). При последующей операции нитрид удаляют, наносят пленку 5 диоксида кремния и формируют элементы схемы.

По этой технологии благодаря тонким базовым и небольшим по площади (ограниченным оксидным слоем) коллекторным областям можно получить малогабаритные транзисторы и высокую плотность элементов в ИС с улучшенными характеристиками.

Эпипланарный процесс изоляции основан на локальном селективном эпитаксиальном наращивании кремния через окна диэлектрика (диоксида кремния), сформированного на кремниевой подложке со скрытым п+-слоем (рис. 9.9,6). В полученном эпитаксиальном слое толщиной до 2 мкм формируют активные и пассивные элементы ИС с меньшими паразитными связями. Метод отличается сложностью процесса селективной локальной эпитаксии.

Полипланарный метод характеризуется вертикальным анизат-ропным травлением разделительных канавок в монокристалле кремния. Площадь разделительных канавок, необходимых для изоляции элементов, уменьшается и увеличивается плотность элементов ИС.

Рассмотренные методы изоляции элементов не являются универсальными и выбираются с учетом функционального назначения ИС и уровня освоения технологических процессов предприятиями.

§ 9.4. Активные элементы интегральных схем

В качестве активных элементов ИМС используют транзисторные структуры, сформированные в монокристаллических пластинах кремния методами планарно-эпитаксиальной технологии.

SCO,

,1 Т-Г"„

i2i /Mj

Рис. 9.10. Схема язготовлення ИМС с изолирующим р-п-переходом

Транзисторы стали основными элементами ИМС, так как занимают меньшую площадь и наиболее экономичны в изготовлении по сравнению с пассивными элементами. Транзисторы ИМС могут отличаться по структуре и принципу действия.

Биполярные транзисторы ИМС. В современных ИМС биполярный транзистор является наиболее распространенным активным элементом. Структура интегрального транзистора отличается от структуры дискретного транзистора изоляцией от подложки, способом токоотвода от коллекторной области, обычно осуществляемой в ИМС на верхней поверхности кристалла.

ИМС используют структуры с изоляцией элементов р-п-переходом и диэлектрической пленкой.

Транзисторные структуры с изолирующим р-и-переходом формируются на полупроводниковой под.пожке из моио-!кристалличсского кремния, например р-типа с удельным сопротивлением 10 Ом-см. На рис. 9.10 показана схема основных этапов технологического процесса изготовления транзисторной структуры с изолирующим переходом. Первая операция - оксидирование подложки 1 и образование слоя 2; затем с помощью фотолитографии - вытравление окон под диффузию, формирующую скрытый коллекторный /г+-слой S с малым объемным сопротивлением. После формирования коллектора со всей поверхности пластины удаляется SiO и проводится эпитаксиальное наращивание высокоомного слоя 4 кремния п-типа. Эпитаксиальный слой 4 выполняет роль коллекторного перехода, дает возможность формировать базу с большим перепадом концентрации примесей, благодаря чему возрастает напряженность встроенного электрического поля.

При следующем этапе производства пластину вновь оксидируют и с помощью фотолитографии проводят глубокую диффузию акцепторных примесей для формирования изолирующих

р-п-переходов. Изолирующий р+-слой 5 .проникает через эпитаксиальную пленку 4 до подложки 1.

Для создания базовой области 6 в изолированную п-область через окна, полученные с помощью фотолитографии, проводится диффузия акцепторной примеси с проводимостью /7-типа. В качестве акцепторной примеси используют бор. Поверхностная концентрация примеси в базе составляет 10-10" см"*. Затем диффузией донорных примесей (через соответствующие окна) создают эмиттерные области транзисторов. Донорной примесью чаще служит фосфор, позволяющий получить низкоомный П+-СЛОЙ 7. Концентрация фосфора составляет 10"- 10» см-=.

После формирования рабочих областей с помощью фотолитографии вытравливают окна 8 под контакты и проводят напыление в вакууме алюминиевой пленки на всю поверхность пластины. С участков, где алюминий не нужен, его удаляют с помощью последующей фотолитографии.

В настоящее время созданы и другие более совершенные методы изоляции (коллекторной, базовой и тройной диффузии), позволяющие создавать ИМС с повышенной плотностью элементов. При этих методах сокращено число операций, увеличен процент выхода годных ИМС, снижена их стоимость.

Широко применяется формирование транзисторных структур с диэлектрической изоляцией (с использованием изоляционных каналов, изюпланарного способа и анизотропного травления).

Биполярный транзистор с диодом Шоттки. Биполярные транзисторы в ИМС нередко используются в качестве переключающих элементов. При этом они работают в активном режиме и режимах насыщения и отсечки. В режиме насыщения происходит накопление неосновных носителей заряда в базе и коллекторной области, а при переводе транзистора в режим отсечки или- выключенное состояние происходит их рассасывание. Инерционность процессов накопления и рассасывания определяет скорость срабатывания транзистора и схемы. Для»ускорения процесса рассасывания неосновных носителей заряда ограничивают их накопление. Для этой цели шунтируют коллекторный переход транзистора диодом Шоттки, имеющим р-п-переход между металлом ti полупроводником.

На рис. 9.11 приведена структура и эквивалентная схема транзистора с диодом Шоттки. Контакт алюминиевого электрода с р-областью базы является невыпрямляющим, а контакт алюминия с высокоомной п-областью коллектора (диод Шоттки) -выпрямляющим. За счет неравенства работы выхода электронов из алюминия и кремния с электропроводностью п-типа на границе их

Рис. 9.11. Структура (а) и эквивалентная схема п-р-п транзистора с диодом Шоттки (б)

р Al SIO2 S)