После получения монокристалла кремния и перед резкой его на пластины необходимо выполнить ряд операций. Первая из них - это калибровка монокристалла. Эта операция служит для придания кристаллу строго цилиндрической формы заданного диаметра. Следующая операция - это кристаллографическая ориентация монокристаллических слитков. В процессе роста монокристаллов наблюдается несоответствие оси слитка кристаллографической оси. Для получения пластин ориентированных в заданной плоскости, до резки производят ориентацию слитков. Ориентация полупроводников предусматривает определение кристаллографической плоскости, в которой материал имеет заданные электрические свойства. Для ориентации полупроводников пользуются рентгеновскими методами. Рентгеновский метод основан на отражении рентгеновских лучей от поверхности полупроводникового материала. Интенсивность отражения зависит от плотности упаковки атомами данной плоскости. Таким образом определяют ориентацию слитка относительно кристаллографических осей. Затем на монокристалле делают базовый и дополнительный срезы для определения кристаллографических осей. Базовый срез необходим для ориентации подложек на операциях литографии. Дополнительные срезы делают для идентификации пластин полупроводников различных марок и имеющих различную кристаллографическую ориентацию. При ориентировании торцевых срезов определяется угол между торцевой плоскостью и заданной кристаллографической плоскостью. Эти данные указываются в сопроводительной документации и используются при установке слитка в станке для резки на пластины (см. Рис. 10).
Рис. 10 Кристаллографическая ориентация слитков монокристалла
После ориентации кристалла следует операция его резки на пластины. После резки пластины подвергаются шлифовке, полировке и химическому травлению.
13. Основные технические операции при производстве п/пр ИМС: первичная обработка п/пр пластины, окисление.
При производстве полупроводниковых ИМС используются следующие основные операции:
1. Получение слитка монокристалла кремния;
2. Резка кристалла на пластины;
3. Создание базовых областей;
4. Металлизация;
5. Контроль;
6. Резка на кристаллы;
7. Монтаж в корпус и герметизация;
Для производства полупроводниковых микросхем используются элементарные полупроводники и различные их соединения. В качестве материалов для акцепторной примеси используются элементы 3-ей группы - алюминий, галлий, бор, индий, а для донорной примеси используются элементы 5-ой группы - сурьма, фосфор, мышьяк, висмут. Поликристаллический кремний непригоден для производства интегральных микросхем, поэтому необходимо получить монокристалл кремния, причем с минимальным количеством дислокаций и примесей.
Получение слитка монокристалла кремния
Первичная обработка,окисление: При производстве полупроводниковых ИМС используются следующие основные операции:
1.Получение слитка монокристалла кремния;
2.Резка кристалла на пластины;
3.Создание базовых областей;
4.Металлизация;
5.Контроль;
6.Резка на кристаллы;
7.Монтаж в корпус и герметизация;
На рисунке вверху приведен фрагмент структуры микросхемы, представляющей n-p-n-транзистор и включённый в коллекторную цепь резистор, а внизу – топология этого же участка. Цифрами обозначены: 1 – исходная монокристаллическая пластина – подложка; 2 – открытый слой; 3-эпитаксиальный слой (он же коллекторный); 4 – разделительный слой; 5 – базовый слой; 6 – эмиттерный слой; 7 – изолирующий слой с контактными окнами; 8 – слой металлизации; 9 – защитный слой (обычно SiO2).
Первой операцией по созданию областей другого типа проводимости является окисление кремния. Целью данной операции является получение пленки оксида кремния, которая используется при других операциях. Окисные пленки кремния применяют в качестве маскирующих покрытий при локальной эпитаксии и локальном травлении, для защиты и пассивации поверхности полупроводника, в качестве рабочего элемента в приборах на основе структур МОП, для диэлектрической изоляции активных и пассивных элементов ИС и т.п.
Для получения окисной пленки широко используется термическое окисление, при котором SiO2 получают при нагревании пластин кремния в среде окисляющего газа (кислород, водяной пар, увлажненный кислород). При этом пластины нагревают до температуры 1200°С в кварцевой трубчатой печи и создают поток сухого или влажного кислорода. Скорость роста сухой окисной пленки 0.2мкм/ч для сухого кислорода и 1мкм/ч для влажного. Оптимальная толщина пленки ограничена сверху необходимой адгезионной прочностью (трещины недопустимы), снизу - скоростью проникновения атомов примеси в пленку кварца при диффузии.
Недостаток данного метода - высокая температура, которая приводит к дополнительным дефектам. Поэтому проводят окисление при высоком давлении 2*10^5 Па. При этом температура составляет t = 400 -700 оС. Наиболее часто используется толщина - десятые доли мкм. Верхний предел 1-2 мкм. Иногда требуется создать плёнку оксида кремния не на кремнии (нечего окислять). Тогда используется соединения кремния с водородом или хлором, которые при соответствующих условиях разлагаются с выделением оксида кремния.
14. Основные технические операции при производстве п/пр ИМС: получение областей другого типа проводимостей: структура и топология ИМС, цикл формирования топологических слоев.
При производстве полупроводниковых ИМС используются следующие основные операции:
1. Получение слитка монокристалла кремния;
2. Резка кристалла на пластины;
3. Создание базовых областей;
4. Металлизация;
5. Контроль;
6. Резка на кристаллы;
7. Монтаж в корпус и герметизация;
Для производства полупроводниковых микросхем используются элементарные полупроводники и различные их соединения. В качестве материалов для акцепторной примеси используются элементы 3-ей группы - алюминий, галлий, бор, индий, а для донорной примеси используются элементы 5-ой группы - сурьма, фосфор, мышьяк, висмут. Поликристаллический кремний непригоден для производства интегральных микросхем, поэтому необходимо получить монокристалл кремния, причем с минимальным количеством дислокаций и примесей.
Получение слитка монокристалла кремния
Формирование топологических слоев:
На рисунке вверху приведен фрагмент структуры микросхемы, представляющей n-p-n-транзистор и включённый в коллекторную цепь резистор, а внизу – топология этого же участка. Цифрами обозначены: 1 – исходная монокристаллическая пластина – подложка; 2 – открытый слой; 3-эпитаксиальный слой (он же коллекторный); 4 – разделительный слой; 5 – базовый слой; 6 – эмиттерный слой; 7 – изолирующий слой с контактными окнами; 8 – слой металлизации; 9 – защитный слой (обычно SiO2).
Каждый из слоёв 2…6 представляет собой совокупность отдельных островков (областей), имеющих одинаковые толщины, тип проводимости (электронная n или дырочная p) и характер распределения примеси по толщине. Это достигается одновременным введением примеси через окна защитной маски из SiO2, формируемой предварительно на поверхности пластины-кристалла. В отличие от слоёв 2…6 слои 7, 8 и 9 получают путём формирования сплошной плёнки и последующего избирательного травления с использованием фотошаблона. В результате изолирующий слой 7 (SiO2) содержит контактные окна, слой металлизации 8 (обычно Al) – систему соединительных проводников и периферийные монтажные площадки, а слой 9 – окна над монтажными площадками.
Приведённая структура получила название эпитаксиально-планарной и предполагает взаимную изоляцию смежных элементов за счёт обратносмещенных p-n-переходов на границах изолирующего слоя. Высоколегированный скрытый слой (n+) служит для уменьшения сопротивления коллекторов транзисторов и за счёт этого повышения их быстродействия. Области n+ под коллекторными контактами исключают образование потенциального барьера (барьера Шоттки), обеспечивают, таким образом, омический контакт со слаболегированным коллектором и принадлежат эмиттерному слою.
Слои 2…6, находящиеся в объёме полупроводникового кристалла, формируются с помощью однотипного повторяющегося цикла: “окисление поверхности (SiO2) – фотолитография с маски – стравливание окисла”. Рисунок оксидной маски определяется рисунком фотошаблона, используемого в процессе фотолитографии. Таким образом, для создания всех слоёв требуется комплект фотошаблонов с различными рисунками.
образованием оксидной маски – внедрение легирующей примеси через окна
Последовательность формирования топологического слоя в объеме кристалла:
1 - окисление поверхности; 2 - фотолитография; 3 - внедрение примеси; 4 - стравливание окисла.
В соответствии с этим циклом последовательность формирования полупроводниковой структуры выглядит следующим образом. В исходной пластине-подложке p-типа формируются области скрытого слоя (n+). Далее осаждается сплошной монокристаллический (эпитаксиальный) слой кремния n-типа, поверхность которого окисляется. Затем формируются области разделительного слоя (p+) с таким расчётом, чтобы они сомкнулись с подложкой.
Образующиеся при этом островки эпитаксиального слоя образуют коллекторный слой (n). Внутри коллекторных областей формируются базовые p-области (базовый слой), а внутри базовых областей – эмиттерные (эмиттерный n+-слой).
В дальнейшем обработка происходит на поверхности: формируются изолирующий слой (SiO2), слой металлизации (Al) и защитный слой (SiO2). При этом используется цикл “нанесение сплошной плёнки – фотолитография”.
Таким образом, для получения рассматриваемой структуры необходим комплект из 8 фотошаблонов.
15. Основные технические операции при производстве п/пр ИМС: получение областей другого типа проводимостей: фотолитография и травление.
При производстве полупроводниковых ИМС используются следующие основные операции:
1. Получение слитка монокристалла кремния;
2. Резка кристалла на пластины;
3. Создание базовых областей;
4. Металлизация;
5. Контроль;
6. Резка на кристаллы;
7. Монтаж в корпус и герметизация;
Для производства полупроводниковых микросхем используются элементарные полупроводники и различные их соединения. В качестве материалов для акцепторной примеси используются элементы 3-ей группы - алюминий, галлий, бор, индий, а для донорной примеси используются элементы 5-ой группы - сурьма, фосфор, мышьяк, висмут. Поликристаллический кремний непригоден для производства интегральных микросхем, поэтому необходимо получить монокристалл кремния, причем с минимальным количеством дислокаций и примесей.
Получение слитка монокристалла кремния
Фотолитография и травление:
Различают два вида экспонирования: контактный и бесконтактный. При контактном экспонировании минимально получаемый размер элементов не превышает 50-200мкм, следовательно для полупроводниковых ИМС непригоден.
Бесконтактный оптический метод также имеет недостаток, обусловленный законами оптики, согласно которым минимальные размеры изображения не могут быть меньше света. Выход - электронно-лучевая и рентгеновская литография При рентгеновском излучении длина волны уф составляет 0,3 - 0,5мкм и при этом практические размеры элементов составляют 1,5-2 мкм. Для получения более мелких деталей служит электронно лучевая литография.
Практические возможности ЭЛЛ 0,2.. 0,3 мкм. К достоинствам электронно-лучевой литографии можно отнести большую глубину резкости и возможность управлять одним лучом (т.е. сканировать).
ЭЛЛ применяется при производстве эталонных ФШ с точностью более чем 2 мкм, при изготовлении БИС менее 1 мкм и при производстве высокоточных ФШ для рентгена или фотолитографии.
Принцип электронно-лучевой литографии
16. Основные технические операции при производстве п/пр ИМС: получение областей другого типа проводимостей: ионная имплантация.
При производстве полупроводниковых ИМС используются следующие основные операции:
1. Получение слитка монокристалла кремния;
2. Резка кристалла на пластины;
3. Создание базовых областей;
4. Металлизация;
5. Контроль;
6. Резка на кристаллы;
7. Монтаж в корпус и герметизация;
Для производства полупроводниковых микросхем используются элементарные полупроводники и различные их соединения. В качестве материалов для акцепторной примеси используются элементы 3-ей группы - алюминий, галлий, бор, индий, а для донорной примеси используются элементы 5-ой группы - сурьма, фосфор, мышьяк, висмут. Поликристаллический кремний непригоден для производства интегральных микросхем, поэтому необходимо получить монокристалл кремния, причем с минимальным количеством дислокаций и примесей.
Получение слитка монокристалла кремния
Ионная имплантация: Ионная имплантация - процесс внедрения в твёрдотельную подложку ионизированных атомов примеси с энергией достаточной для проникновения их в приповерхностные области подложки (от кило до мега э.В). Процесс может проводится при комнатной температуре, благодаря чему сохраняются исходные электрофизические свойства кристаллов.
При внедрении в кристаллическую структуру подложки ионы подвергаются электронным и ядерным столкновениям, однако только ядерные взаимодействия приводят к смещению атомов подложки, возникают радиационные деформации. Такие дефекты устраняются почти полностью путем кратковременного отжига кремния при (t = 900 - 1100 к).
В ионизационной камере под действием различных излучений, (применение дугового разряда или электронной бомбардировкой) осуществляется ее ионизация легированных материалов. Возникающий при этом ускоренный поток необходимо сфокусировать. Время проведения ионной имплантации достаточно мало, порядка нескольких минут.
Принцип ионной имплантации
Система для проведения ионной имплантации
Схема рабочей камеры
Облучаемые пластины 1, несущие оксидную маску, размещаются по периферии держателя (контейнера) 2 в несколько ярусов. В процессе облучения пластин неподвижным ленточным лучом 5 контейнер вращается и совершает возвратно-поступательное движение. Пластины, таким образом, постепенно набирают необходимую дозу легирования. Между пластинами располагаются датчики 4, принимающие ту же дозу заряда, что и пластины. По достижении необходимой дозы системой контроля вырабатывается сигнал, отключающий ионный луч.
17. Основные технические операции при производстве п/пр ИМС: получение областей другого типа проводимостей: диффузия.
При производстве полупроводниковых ИМС используются следующие основные операции:
1. Получение слитка монокристалла кремния;
2. Резка кристалла на пластины;
3. Создание базовых областей;
4. Металлизация;
5. Контроль;
6. Резка на кристаллы;
7. Монтаж в корпус и герметизация;
Для производства полупроводниковых микросхем используются элементарные полупроводники и различные их соединения. В качестве материалов для акцепторной примеси используются элементы 3-ей группы - алюминий, галлий, бор, индий, а для донорной примеси используются элементы 5-ой группы - сурьма, фосфор, мышьяк, висмут. Поликристаллический кремний непригоден для производства интегральных микросхем, поэтому необходимо получить монокристалл кремния, причем с минимальным количеством дислокаций и примесей.
Получение слитка монокристалла кремния
Диффузия:В_результате_предыдущих(окисления,фотолитографии,травления)операций на поверхности полупроводниковой пластины была сформирована маска из окисной пленки. Для создания областей другого типа проводимости на участках, незащищенных маской используются различные методы. Один из наиболее распространенных - это диффузия под действием температуры. В подавляющем большинстве случаев легирующая примесь вводится в монокристаллический кремний с целью изменения типа проводимости и образования p-n-перехода на определённой глубине. Изменение типа проводимости имеет место в случае, если максимальная концентрация введённой примеси превышает концентрацию исходную (Nисх). Образование p-n-перехода происходит на глубине Хn, где концентрация введённой примеси оказывается равной исходной.
Основным требованием диффузионной системы является доставка диффундирующей примеси к поверхности подложки и проведение диффузии при определенной температуре в течении определенного промежутка времени. При проведении диффузии необходимо соблюдение следующих требований:
1. Возможность регулирования поверхностной концентрации примеси;
2. Отсутствие нарушения поверхности подложки при диффузии;
3. Возможность проведения диффузии одновременно на большом количестве пластин;
Существуют различные методы проведения диффузии, но рассмотрим только один метод, который носит название диффузия в запаянной ампуле (закрытой трубе). Осуществляется в запаянной и откаченной кварцевой трубе. После диффузии труба вскрывается. Такая система свободна от загрязнений. В системе запаянной ампулы происходит термическое испарение источника диффузанта, перенос в газовой фазе, адсорбция атомов примеси на поверхности полупроводника и стенках трубы и диффузия примеси в подложку.
Собственно камера представляет собой кварцевую (или керамическую) трубу 1, снабжённую резистивными нагревателями 2 (3 секции с независимым регулированием температуры). Крайние секции поддерживают малый градиент температуры, обеспечивающий средней секции рабочую температуру до 1250°С с высокой точностью (до ±0,25°С). Именно в этой части камеры на кварцевом (или керамическом) держателе 3 располагаются обрабатываемые пластины 4, имеющие на рабочей поверхности оксидную маску.
18. Основные технические операции при производстве п/пр ИМС: получение областей. другого типа проводимостей: эпитаксия. Резка пластины на кристаллы и монтаж в корпус, герметизация.
При производстве полупроводниковых ИМС используются следующие основные операции:
1. Получение слитка монокристалла кремния;
2. Резка кристалла на пластины;
3. Создание базовых областей;
4. Металлизация;
5. Контроль;
6. Резка на кристаллы;
7. Монтаж в корпус и герметизация;
Для производства полупроводниковых микросхем используются элементарные полупроводники и различные их соединения. В качестве материалов для акцепторной примеси используются элементы 3-ей группы - алюминий, галлий, бор, индий, а для донорной примеси используются элементы 5-ой группы - сурьма, фосфор, мышьяк, висмут. Поликристаллический кремний непригоден для производства интегральных микросхем, поэтому необходимо получить монокристалл кремния, причем с минимальным количеством дислокаций и примесей.
Получение слитка монокристалла кремния
Основные технические операции при производстве п/пр ИМС: получение областей. другого типа проводимостей: эпитаксия. Резка пластины на кристаллы и монтаж в корпус, герметизация.
Существует еще один метод получения областей другого типа проводимости. Этот метод носит название - эпитаксиальное наращивание. Этот метод заключается в получении на поверхности подложки слоя с проводимостью, противоположной проводимости подложки. Метод эпитаксиального наращивания позволяет уменьшить количество операций высокотемпературной диффузии при получении многослойных структур.
Эпитаксия - ориентированный рост слоёв, кристаллическая структура которых повторяет структуру подложки. Если подложка и слой состоят из одного вещества, то процесс называют автоэпитаксиальным, если из разных - гетероэпитаксиальным. Хэмоэпитаксия - процесс образования новой фазы при химическом взаимодействии вещества подложки с веществом растущего слоя.
Стремление произвольной системы к минимуму свободной энергии приводит к тому, что в процессе эпитаксии слои ориентируются в некотором соответствии с по отношению к соприкасающейся атомной плоскостью подложки.
Подложка оказывает существенное влияние на процесс кристаллизации наращиваемого материала.
Существуют следующие методы проведения эпитаксии: конденсация из паровой фазы, кристаллизация из газовой фазы, жидкофазная эпитаксия и твёрдофазная эпитаксия. Общим для данных методов является то, что кремний при испарении и переносе от источника к подложке, а затем кристаллизации не претерпевает каких-либо необратимых химических изменений.
Заключительные технологические операции
-металлизация
-контроль качества
-скрайбирование
-резка на кристаллы
-монтаж в корпус
-герметизация
1.1.5. Резка кристалла на пластины
После получения монокристалла кремния и перед резкой его на пластины необходимо выполнить ряд операций. Первая из них - это калибровка монокристалла. Эта операция служит для придания кристаллу строго цилиндрической формы заданного диаметра. Следующая операция - это кристаллографическая ориентация монокристаллических слитков. В процессе роста монокристаллов наблюдается несоответствие оси слитка кристаллографической оси.
Для получения пластин ориентированных в заданной плоскости, до резки производят ориентацию слитков. Ориентация полупроводников предусматривает определение кристаллографической плоскости, в которой материал имеет заданные электрические свойства. Для ориентации полупроводников пользуются рентгеновскими методами. Рентгеновский метод основан на отражении рентгеновских лучей от поверхности полупроводникового материала. Интенсивность отражения зависит от плотности упаковки атомами данной плоскости. Таким образом определяют ориентацию слитка относительно кристаллографических осей. Затем на монокристалле делают базовый и дополнительный срезы для определения кристаллографических осей. Базовый срез необходим для ориентации подложек на операциях литографии. Дополнительные срезы делают для идентификации пластин полупроводников различных марок и имеющих различную кристаллографическую ориентацию. При ориентировании торцевых срезов определяется угол между торцевой плоскостью и заданной кристаллографической плоскостью. Эти данные указываются в сопроводительной документации и используются при установке слитка в станке для резки на пластины (см. Рис. 4)
Рис. 4 Кристаллографическая ориентация слитков монокристалла
После ориентации кристалла следует операция его резки на пластины. После резки пластины подвергаются шлифовке, полировке и химическому травлению. Последние три перечисленные операции необходимы для уменьшения неровности поверхности пластины и удаления приповерхностного нарушенного резкой слоя. После проведения этих операций полупроводниковая пластина должна отвечать требованиям приведенным в Табл. 1.
19. Методы изоляции элементов п/пр ИМС.
Методы изоляции элементов полупроводниковых ИМС: Для разрыва путей токов утечки между элементами ИМС локальные области в которых формируются ЭМ элементы, должны быть изолированы друг от друга.
В технологии изготовления биполярных ИМС могут использоваться несколько методов изоляции, важнейшими из которых являются:
1. Изоляция обратно смещенными p-n переходами;
2. Изоляция диэлектрическими материалами (оксидом кремния, нитридом кремния, поликристаллическим кремнием, ситиллом, оксидом аммония);
3. Изоляция путем формирования активных и пассивных элементов на непроводящих подложках;
4.Изоляция путем создания меза-структур с помощью вертикального анизатропного травления;
Изоляция обратно-смещенным p-n переходом
Недостатки: достаточно большие площади изолирующего p-n перехода, а значит низкая степень интеграции. Кроме того изолирующие переходы мешают нормальной работе схемы (электрические потери, токи утечки). Немаловажная роль в потерях принадлежит p-n-p транзисторам, возникающим между базой и изолирующим слоем p+ типа.
Этот метод не имеет предыдущих недостатков.
При этом методе на подложку наносится эпитаксиальный слой того же типа проводимости, но с большей концентрацией основных носителей.
Затем поверхность окисляют в сухом кислороде и глубокой фотолитографии вытравливают канавки.
Далее на внутренней поверхности канавок создают слой оксида кремния. Затем со стороны окисленных канавок наращивают поликристаллический кремний Si, который является опорным. С нижней стороны убирается часть подложки убирается шлифовкой до достижения оксида кремния. Затем образец переворачивается, и в образовавшихся нишах формируются элементами одним из вышеописанных методов. При таком методе изоляции расстояние между элементами составляет 8 - 10 мкм.
20. Базовые структуры п/пр ИМС: резисторы, транзисторы.
(структура диффузионного резистора)
Диффузионные резисторы, применяемые в полупроводниковых ИМС, формируют на той же подложке, что и остальные элементы схемы (транзисторы, диоды, конденсаторы). Поскольку для изготовления транзисторной структуры требуется большое количество высокотемпературных процессов, резистивный элемент может быть получен одновременно с какой-либо из областей транзистора. В практических случаях, как было отмечено ранее, резистор чаще всего формируют на базовом слое транзисторной структуры. Выбор этого слоя представляет компромиссное решение между большими геометрическими размерами, которые были бы необходимы при использовании эмиттерного слоя, и высоким температурным коэффициентом сопротивления резистора, который получался бы при очень слабом легировании кремния, т.е. при выборе в качестве материала резистора коллекторного слоя транзистора. Следует, однако, отметить, что эмиттерный слой можно применять при формировании низкоомных термостабильных резисторов.
На Рис. 11 показано сечение диффузионного резистора с электропроводностью p- типа, сформированного на базовом слое транзисторной структуры типа n-p-n. Как видно из рисунка, структура диффузионного резистора состоит из базового слоя и исходной подложки. Следовательно, эту структуру можно рассматривать как особый транзистор типа p-n-p. Однако усиление такого транзистора очень незначительно, так как его база, роль которой выполняет коллекторный слой транзистора ИМС, имеет достаточно большую ширину. Если переход эмиттер-база транзистора p-n-p типа не смещен в обратном направлении, то будет наблюдаться большая утечка тока из резистора в подложку, поэтому n- область этой транзисторной структуры необходимо подключать к источнику питания, сообщающему ей положительный потенциал, чтобы поддерживать переход база-коллектор паразитной транзисторной структуры типа p-n-p в закрытом состоянии. Конструктивные элементы и эквивалентная схема диффузионного резистора показаны на Рис. 11. Эквивалентная схема диффузионного резистора содержит
Рис. 11 Структура и эквивалентная схема диффузионного резистора)
Структура планарно-эпитаксиального транзистора
На Рис. 12 показана структура планарно-эпитаксиального транзистора полупроводниковой ИМС со скрытым n+ - слоем. Его отличие от дискретного транзистора подобного типа заключается в том, что коллекторный вывод выполнен с верхней стороны исходной подложки, что и обуславливает более высокое сопротивление коллекторной области. Диодная изоляция островка вокруг коллекторной области интегрального транзистора вносит два паразитных элемента: диод ДКП на переходе коллектор - подложка и ёмкость СКП на том же переходе, как показано на Рис. 12. Структура между эмиттерным, базовым и коллекторным контактами на Рис. 12 электрически эквивалентна дискретному транзистору. Те или иные числовые значения номиналов сопротивления rК и ёмкости СКП зависят от геометрической конфигурации и расположения транзистора на подложке. Скрытый n - слой обеспечивает низкоомный путь тока от активной коллекторной области к коллекторному контакту и уменьшает паразитное влияние транзистора p-n-p между базой p - типа и подложкой n - типа при прямом смещении.[2.стр66].
Рис. 12 Структура и эквивалентная схема транзистора ИМС
21. Базовые структуры п/пр ИМС: конденсаторы на основе p-n-перехода, МДП-конденсаторы.
Структура интегрального конденсатора на основе p-n-перехода
Создание конденсаторов на основе p-n перехода не требует введения дополнительных технологических операций, поскольку они выполняются на переходах, предназначенных для формирования структуры интегральных транзисторов. Структура интегрального конденсатора, выполненного на основе p-n перехода, показана на Рис. 13, где цифрами 1 и 2 обозначены омические (невыпрямляющие) контакты.
Применение таких конденсаторов ограничивается двумя паразитными параметрами: эквивалентным последовательным сопротивлением и параллельной емкостью. Паразитные элементы такого интегрального конденсатора показаны на эквивалентной схеме (Рис. 13). Эта схема содержит полезную емкость С1, паразитную емкость изолирующего перехода коллектор - подложка С2, диоды Д1 и Д2, образующие полезную и паразитную емкости, и последовательное сопротивление R. Для получения максимального коэффициента передачи сигнала от вывода 1 к выводу 2 необходимо стремиться к получению максимального отношения С1/C2.[2, стр. 96]
Рис. 13 Структура и эквивалентная схема интегрального конденсатора на основе p-n-перехода
Структура интегрального МДП-конденсатора
Недостатки, связанные с применением конденсаторов на основе p-n- перехода, в значительной мере можно устранить, если воспользоваться способом формирования МДП-конденсатора на основе двуокиси кремния. Эти конденсаторы отличаются лучшими электрическими характеристиками и находят применение в широком классе перспективных полупроводниковых ИМС, в том числе в линейных полупроводниковых ИМС. Процесс изготовления интегральных МДП-конденсаторов не требует дополнительных технологических операций, так как получение оксида, используемого в качестве диэлектрика, можно легко совместить с одной из операций локальной диффузии. Структура и эквивалентная схема МДП-конденсатора показана на
Рис. 14.
Эквивалентная схема МДП-конденсатора содержит полезную емкость С, последовательно соединенную с поверхностной емкостью полупроводника СS и сопротивлением R, которое включает в себя сопротивление n+ -слоя и контактов. Кроме того, эквивалентная схема содержит диод Д1 и его емкость С1 относительно подложки. При изменении внешнего положительного напряжения на контакте n+ -слоя от 0 до 20 В коэффициент передачи сигнала от вывода А к выводу В эквивалентной схемы обычно изменяется в несколько раз. Для повышения отношения С/C1 необходимо подавать на n+ -слой сравнительно высокое напряжение. Поверхностная емкость, как правило, намного превышает полезную емкость МДП-конденсатора, поэтому ее часто можно не учитывать. Однако при неправильном проектировании и изготовлении конденсатора она может существенно исказить режим работы схемы.[2. стр. 104].
Рис. 14 Структура и эквивалентная схема интегрального МДП-конденсатора
