Методы изоляции элементов

Общие сведения о технологии изготовления полупроводниковых интегральных микросхем

Полупроводниковая интегральная микросхема - интегральная микросхема, все элементы и межэлементные соединения которой выполнены в объеме и на поверхности полупроводниковой пластины. В конструктивном отношении полупроводниковые ИМС представляют собой полупроводниковую пластину прямоугольной формы, называемую кристаллом, в которой методами диффузии; ионной имплантации, эпитаксии, вакуумного напыления и др образованы отдельные активные и пассивные элементы, соединенные друг с другом.

Полупроводниковые ИМС характеризуются высокой плотностью компоновки элементов, малыми массой и габаритами, возможностью применения групповых методов обработки почти на всех стадиях изготовления. Современная технология производства позволяет формировать сотни тысяч элементов в объеме и на поверхности полупроводниковых кристаллов.

Наряду с преимуществами полупроводниковые ИМС имеют и недостатки, такие как повышенная температурная зависимость параметров резисторов и конденсаторов, а также невозможность изготовления конденсаторов большой величиной емкости и катушек индуктивности. Для производства полупроводниковых ИМС требуется больше капитальных вложений, чем для производства гибридных ИМС.

В основном применяются два вида полупроводниковых ИМС, различающихся типом активных элементов: на биполярных транзисторных структурах и на полевых транзисторах с изолированным затвором (МДП-транзисторных структурах). Часто на их основе изготавливаются комбинированные ИМС.

Наибольшее распространение для изготовления полупроводниковых ИМС получила планарная технология, в основе которой лежат методы эпитаксии и диффузии примесей в локальных областях полупроводниковой пластины. Процессы локальной диффузии и эпитаксиального выращивания позволяют сформировать в объеме подложки p-n переходы и образовать схему, включающую как активные, так и пассивные элементы. Отличительной чертой планарных структур полупроводниковых ИМС является образование всех элементов и выводов от них с одной стороны полупроводниковой пластины (рис.1).

Методы изоляции элементов.

Вследствие того, что все активные и пассивные компоненты расположены в одном кристалле, между ними существуют не предусмотренные электрической схемой резистивные и емкостные связи. Поэтому одной из главных проблем при создании полупроводниковых ИМС является проблема изоляции элементов с целью устранения паразитных связей. Существует три метода изоляции: с помощью обратно смещенных р-n-переходов, изоляция диэлектриком и их комбинацией.

Изолирующие р-n-переходы (стандартный метод разделительной диффузии, коллекторная разделительная диффузия и базовая изолирующая диффузия) создают преимущественно методом диффузии.

Рис.1. Методы изоляции элементов.

а – Стандартный; б – Коллекторная; в – изоляция диэлектрическими плёнками, д - Совместная изоляция p–n–переходом и диэлектрическими пленками

Стандартный метод разделительной диффузии. Этот метод находит широкое применение вследствие своей простоты и хорошей совместимости с планарной технологией. На рисунке 1, а показана структура транзистора типа п-р-п со скрытым n⁺-слоем коллектора. В этой структуре изоляция р-n-переходом между транзисторами схемы обеспечивается коллектором на подложке р-типа и изоляцией транзисторов разделительным диффузионным слоем р-типа.

меньшения глубины и бокового расплывания переходов.

Коллекторная разделительная диффузия. Этот метод позволяет уменьшить площади изолирующих областей по сравнению со стандартным методом изоляции. Вместо разделительной диффузии для завершения изоляции используют коллекторную диффузию, что экономит площадь кристалла и уменьшает число операций фотолитографии до пяти.