Методы изоляции элементов монолитных ИС

На рис. 1.3 изображена структура биполярного транзистора монолитной ИС на основе кремния с изоляцией p-n переходом. В качестве подложки использована пластина кремния p ‑типа проводимости, на которой сформирована эпитаксиальная пленка с проводимостью n ‑типа. Для изоляции транзисторных структур и иных элементов ИС сквозь эпитаксиальную пленку по периферии элементов методом локальной диффузии акцепторной примеси созданы области с проводимостью p‑ типа. Таким образом, сформирована ограниченная область с проводимостью n ‑типа, которую обычно называют карманом. Карман с проводимостью n ‑типа, со всех сторон окруженный областями с проводимостью p‑типа, реализует изоляцию элемента p-n ‑переходом, который в рабочем режиме смещен в обратном направлении. Поэтому такой метод изоляции элементов ИС и называют изоляцией обратно смещенным p-n ‑ переходом.

Рис. 1.3 Структура биполярного транзистора с изоляцией p-n переходом (ИЗОПЛАНАРНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ)

Все области транзистора расположены внутри такого кармана. Они изготовляются многократно повторяющимися операциями локального легирования кремния соответствующими примесями. Кроме функционально основных областей транзистора – коллектора, эмиттера и базы – транзисторная структура имеет ряд вспомогательных областей. Наиболее важной является область, которую называют скрытым коллекторным слоем. Она расположена вдоль границы эпитаксиальная пленка – подложка, и, как и весь коллектор, легирована донорной примесью, обычно сурьмой. Эта область имеет высокую проводимость, ее наличие обеспечивает более равномерное распределение плотности тока коллектора по его площади, уменьшает последовательное сопротивление коллектора. Изготовляется такая область перед осаждением эпитаксиальной пленки. В отдельных карманах размещают диффузионные резисторы, во многих случаях по несколько резисторов в одном кармане.

Кроме того, транзисторные структуры часто имеют области, которые называют глубоким коллектором. Глубокий коллектор также представляет собой сильно легированную область n -типа проводимости, одна сторона такого слоя выходит на поверхность полупроводниковой подложки, а вторая смыкается со скрытым слоем. Основное назначение этой области – снижение последовательного сопротивления коллектора. Нередко также создается дополнительная область, называемая областью пассивной базы. Она или примыкает с одной стороны к области активной базы или окружает всю область активной базы. Такая, также достаточно сильно легированная область, благоприятно сказывается на равномерности распределения тока по периметру эмиттера, обеспечивает лучшее качество контакта к базе.

После формирования всех диффузионных областей поверхность кристалла покрывается пленкой диэлектрика, обеспечивающей изоляцию слоя металлизации от кремниевой подложки с расположенными в ее объеме элементами. В этом слое создаются окна – контактные площадки к отдельным элементам структур транзисторов, резисторов и т.д. Затем наносится пленка металла и в ней формируется рисунок межсоединений. Слой металлизации защищается дополнительным слоем диэлектрика, в котором вскрываются окна над участками металлизации, предназначенными для подсоединения внешних выводов. Соответствующие контактные площадки в простейшем случае размещаются по периферии кристалла и зачастую занимают значительную долю его общей площади.