Методы электрической изоляции элементов полупроводниковых ИС
В монолитных полупроводниковых ИС активные и пассивные компоненты реализуются в объеме и на поверхности полупроводникового кристалла. Для выполнения определенных функций эти элементы должны быть электрически соединены по заданной схеме. В отличие от схем на дискретных элементах, монтируемых на диэлектрическую плату (электрически изолированных), в полупроводниковой ИС необходимы конструкционные области, обеспечивающие изоляцию каждого или группы элементов друг от друга для реализации необходимых режимов по току и потенциалу. Различают три основных метода изоляции элементов: · изоляция обратносмещенным p-n переходом; · изоляция диэлектриком; · гибридная изоляция, совмещающая боковую изоляцию диэлектриком, а основание – p-n переходом. В полупроводниковых ИС используются как биполярные, так и МДП-транзисторы. Благодаря электрической самоизоляции МДП-транзисторов одного типа проводимости в ИС на их основе (МОП ИС) снимаются проблемы, связанные с созданием изолирующих областей, и тем самым увеличивается эффективность использования пластины и степень интеграции. Именно по этой причине, а также меньшему количеству сложных технологических операций более 90% всех СБИС и УБИС выполняется по МДП технологии. Тем не менее, и в МДП ИС используется боковая изоляция элементов диэлектриком для уменьшения паразитных связей. В ряде случаев применяется полная диэлектрическая изоляция, например, МДП ИС на сапфире или на подложке SiO2-Si. В полупроводниковых ИС на основе биполярных и полевых транзисторов с управляющим p-n переходом или барьером Шоттки требуется создание изолированных «карманов» – n-областей, в которых формируются активные и пассивные элементы. Эти «карманы» изолированы друг от друга либо обратносмещенным переходом, либо диэлектриком. Исключением для биполярных ИС являются БИС и СБИС интегральной инжекционной логики, в которых схемотехника не требует изоляции элементов. В результате в этих схемах достигается степень интеграции, аналогичная МДП ИС. Для интегральных схем малой и средней интеграции широко используется изоляция элементов методом разделительной диффузии (РД). Суть этого метода (рисунок 2.30) заключается в создании n-карманов в эпитаксиальной пленке, выращенной на p-подложке с предварительно созданным n+-заглубленным слоем для уменьшения омического сопротивления тела коллектора n-p-n транзистора. По периметру n-кармана, например, прямоугольной формы, проводится сверху локальная диффузия примеси p-типа. Рисунок 2.30 - Конструкция интегрального биполярного транзистора с изоляцией по технологии «РД»
Поверхность схемы покрыта защитным слоем ПФСС-пиролитическим фосфоро-силикатным стеклом. На рисунке 2.31 представлена структура базового элемента КМОП ИС на комплементарных (n-канальных и p-канальных) МОП-транзисторах с противоканальными областями n+- и p+-типа. Противоканальная n+-область «окружает» p-канальный транзистор, а противоканальная область p+-типа – n-канальный транзистор, сформированный в p-кармане. Рисунок 2.31 - Структура базового элемента КМОП ИС
Схема диэлектрической изоляции элементов биполярных ИС (КСДИ – кремний с диэлектрической изоляцией) представлена в таблице 2.1. В пластине кремния n-типа с ориентацией для более воспроизводимого по глубине анизотропного травления кремния (рисунок 2.25) с будущей рабочей стороны с помощью маски Si3N4 формируют n-карманы с заглубленным n+-слоем. Затем термически окисляют поверхностный рельеф и для дополнительной электрической изоляции наносят слой пиролитического окисла кремния. Далее, на эту поверхность осаждают поликристаллический кремний, который служит подложкой для интегральной схемы. После этого пластину переворачивают и проводят цикл физико-химической шлифовки и полировки для вскрытия n-карманов, изолированных пленкой SiO2. В этих карманах формируются активные и пассивные элементы схемы. Другой тип электрической изоляции элементов с помощью диэлектрика показан на рисунке 2.32. В этом случае используется так называемая технология «кремний на диэлектрике». К ней относится технология КНС (кремний на сапфире), основанная на гетероэпитаксии монокристаллических пленок кремния на кристаллах окисла алюминия Al2O3 , технология перекристаллизации поликристаллического кремния, осажденного на поверхности кремниевой пластины, покрытой термическим окислом, и технология формирования заглубленного слоя SiO2 методом глубокой ионной имплантации кислорода и азота.
Рисунок 2.32 - КМОП ИС по технологии «Кремний на диэлектрике» с боковой изоляцией локальным окислом и самосовмещенным затвором 1 – салицид (шины питания, выход); 2 – n+-поликремний (затвор); 3 – локальный окисел; 4 – ионно имплантированный слой SiO2+Si3N4; 5 – исток-сток p-канального транзистора; 6 – исток-сток n-канального транзистора; 7 – p-карман; 8 – n-карман; 9 – эпипленка; 10 – подложка
Таблица 2.1 - Изготовление интегральной биполярной ИС по технологии «КСДИ»
В полупроводниковых микросхемах широко применяются пленки В результате плавления поликремниевой пленки при отжиге и по- При отжиге с помощью движущегося Рисунок 2.33 - Схемы получения структур типа Si-SiO2-Si: методом кристаллизации (а) и методом ионной имплантации кислорода (б)
Принципиально отличающимся методом создания структур типа Гибридная изоляция элементов кремниевых ИС представлена в таблице 5.2 на примере технологии «Изопланар – IIn». В этом случае боковая область n-кармана изолируется локальным окислением кремния, а основание кармана – p-n переходом. При локальном окислении в качестве маски используется пленка Si3N4. Эта технология позволяет существенно уменьшить размеры интегрального транзистора, и поэтому она широко используется при изготовлении БИС и СБИС биполярных интегральных схем. Таблица 2.2 - Технологический процесс изготовление интегральных биполярных ИС по технологии ИЗОПЛАНАР – IIn
Популярное: Почему двоичная система счисления так распространена?: Каждая цифра должна быть как-то представлена на физическом носителе... Почему человек чувствует себя несчастным?: Для начала определим, что такое несчастье. Несчастьем мы будем считать психологическое состояние... Модели организации как закрытой, открытой, частично открытой системы: Закрытая система имеет жесткие фиксированные границы, ее действия относительно независимы... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (2253)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |