Физические структуры и технология биполярных микросхем

Области применения и особенности технологии биполярных микросхем

Главное преимущество биполярного транзистора (БТ) перед любыми полевыми приборами – это крутая экспоненциальная зависимость выходного тока от входного управляющего напряжения. Такая зависимость обеспечивает отличные усилительные свойства транзистора. Поэтому биполярные микросхемы применяются в тех областях, где требуется большое усиление сигналов по напряжению. Можно выделить три основных направления эффективного применения биполярных транзисторов:

1) радиосвязь и кабельная связь;

2) регистрация сигналов датчиков;

3) управление высоковольтными сигналами и их коммутация.

Степень интеграции биполярных микросхем обычно не превышает             10⁴ элементов на кристалле.

Быстродействие и усиление БТ определяются диффузионными процессами в базе и эмиттере. Для этих процессов требуются электронейтральные области определенных размеров и с высокой проводимостью. Вертикальные размеры транзисторов плохо поддаются масштабированию. Для изготовления БТ используется эпитаксиальная технология со скрытыми слоями. Уменьшение планарных размеров достигается использованием структур с самосовмещением областей и боковой диэлектрической изоляцией. Конкретный тип физической структуры БТ определяется его назначением. Однако можно выделить и общие элементы технологии:

1. Используются подложки p - типа 10¸20 Ом×см с ориентацией по    плоскости (111).

2. В большинстве случаев выращиваются эпитаксиальные слои n - типа проводимости, легированные фосфором до уровня не более 10¹⁶ см^-3 (0,5 Ом × см).

3. Скрытые слои n ⁺- типа формируются в p - подложке имплантацией и последующей диффузией мышьяка или сурьмы, обладающих низкими коэффициентами диффузии в кремнии. Предельная концентрация мышьяка выше, но он легко испаряется и влияет на процессы легирования эпитаксиального слоя. При выращивании высокоомных эпитаксиальных слоев скрытые слои легируют сурьмой. Скрытые слои p ⁺- типа легируют бором. Реально достижимая концентрация бора в скрытом слое зависит от толщины и проводимости эпитаксиального слоя.

4. Повышение рабочих напряжений БТ требует увеличения толщин всех полупроводниковых слоев и снижения концентраций легирующих примесей. Коэффициент усиления по напряжению БТ при этом увеличивается, а быстродействие уменьшается.

5. Параметры БТ слабо зависят от поверхностных состояний и фиксированных зарядов на границе кремний - окисел. Это дает возможность использовать для изоляции полимерные диэлектрические слои без их глубокой очистки от щелочных металлов.

6. Ограниченная степень интеграции не требует более трех уровней металлизированной разводки.