Разработка конструкции полупроводниковых интегральных микросхем, страница 2

с помощью изолирующей диффузии бора (рис.I-а) получают островки n - типа, в которых будут размещены элементы проектируемой ИМС. Для того чтобы все изолирующие p-n переходы были обратно смещенными, p - область основания должна иметь контакт с самым отрицательным потенциалом проектируемой ИМС. Последующий процесс изготовления интегрального биполярного транзистора (ИБТ) по планарной технологии включает операцию диффузии бора для образования базовых областей (рис.I-б), операцию вскрытия окон в SiO₂ для контактов к рабочем областям транзистора(рис.I-г) и операцию получения пленочных соединений с помощью вакуумного осаждения алюминия с последующей фотолитографией и травлением незащищенных участков алюминия. Изоляция с помощью обратно смещенного p-n перехода не является совершенной. Ей сопутствует определенная паразитная емкость p-n перехода. Величина сопротивления изоляции ограничена токами утечки, величина которых возрастает с повышением температуры и при радиационном воздействии. Более совершенной изоляцией элементов в ППИМС является изоляция с помощью слоя SiO₂. Для ее реализации требуется большее число технологических операции. Пример такой реализации для типового интегрального транзистора показан на рис.2. С помощью операции диффузии мышьяка на всей поверхности исходной групповой пластины n - типа кремния диаметром около 30 мм создается тонкий низкоомный слой n⁺ - типа. С помощью фотолитографии и последующего травления кремния образуются каналы глубиной 20 мкм (рис.2-а), на поверхности которых и на поверхности пластины выращивается толстый слой SiO₂ (около 2 мкм). На слой SiO₂ осаждают слой поликристаллического кремния (около 200 мкм), предназначенный в качестве механической основы. После удаления значительной части монокристаллического кремния с помощью шлифоввки и полировки получают структуру изолированных ообластеей (островков) n - типа монокристаллического кремния, вкрапленных через слой SiO2 в поликристаллический кремний.

Страница 12.

ХХХ структура интегрального транзистора образуется по планарной технологи с помощью избирательной диффузии бора для образования базовых областей (рис.2-в) и операции избирательной диффузии фосфора для образования эмиттерных областей и омических контактов к коллекторам (рис.2-г). После операции избирательного травления поверхностного слоя SiO₂ для окон под контакты, операции осаждения слоя металла  (алюминия) и последующего избирательного травления слоя алюминия образуется схема соединений элементов ИМС (рис.-2д).

     ППИМС изготовляются по типовым технологическим процессам, которые определяют типовые структуры в глубь кристалла для всех интегральных элементов. Типовые распределения примесей в структурах ИБТ с изоляцией с помощью p-n перехода и с помощью слоя SiO₂, соответственно, даны на рис. 3 и 4.

     Размеры ИБТ на плоскости кристалла определяются электрическими параметрами и должны быть по возможности минимальными, так как при этом увеличивается процент выхода водных элементов и степень интеграции проектируемой ППИМС [5]. Преобладающее влияние на размеры ИБТ оказывает рабочий ток (эмиттерный) транзистора. Оптимальная площадь эмиттерного перехода определяется по формуле [4]

ХХХ »(5W_dI_Э/q D_Пd n_d^’₎

Страница 13.

где W_d - ширина базы ИБТ, IЭ - рабочий ток эмиттера,

q = 1,6 10-19 К - заряд электрона, D_nd - коэффициент диффузии не основных носителей (электронов) через базу, который для типовых структур (рис.3 и 4) равен 12 см²/сек;

n_d^’ - равновесная концентрация электронов в области базы, n_d^’ = p_d. Коэффициент диффузии для неосновных носителей определяется по формуле

Dnd= кТm_n/q ,                                                                                                                                          (7)

где к = 1,38.10-23 дж/⁰К - постоянная Больцмана, Т - температура в ⁰К, mn - подвижность электронов в базе, определяемая в зависимости от концентрации примесей в области базы по графику на рис.5.