2014-02-24
952
Изоляция элементов полупроводников ИС
Элементы полупроводниковых ИС
Ионное легирование
Радиационно-стимулированная диффузия
Введение примеси в результате бомбардировки кремния лёгкими ионами с энергией, достаточной для смещения атомов подложки между узлами кристаллической решетки. В результате атомы примеси занимают места, освободившиеся в узлах кристаллической решетки. Диффузия осуществляется из поверхностного источника примеси, сформированного заранее путем обработки ионами. Глубина проникновения зависит от длительности бомбардировки, энергии ионов и интенсивности излучения. Т=6000-7000. Направление диффузионного потока определяется расположением слоя нарушения, созданного ионным лучом. Радиационно-стимулированная диффузия позволяет получить легированный слой с различным профилем распределения концентрации примеси (затухающим по экспоненте или почти прямоугольной формы).
Так как в процессе изготовления микросхем диффузию примеси выполняют многократно, каждый последующий разогрев вызывает продолжение предыдущей диффузии. Это ухудшает воспроизводимость параметров, т.к. изменяется профиль интегральной структуры. Ионное легирование свободно от этих недостатков.
|
|
|
Ионное легирование – метод легирования пластины путём бомбардировки ионов примеси ускоренных достаточно для их углубления внутрь полупроводника. Эти атомы примеси частично занимают упорядоченное положение в решётке, частично нет. Для исключения последнего используют обжиг (600-7000С).
Глубина внедрения ионов зависит от их энергии и массы. Но с увеличением энергии возникают радиационные эффекты (максимальная энергия 10-150 кЭв). При этом толщина слоя 0,1-0,4 микрона. Т.к площадь ионного пучка меньше площади кристалла, пучок сканирует по поверхности кристалла.
Ионное легирование может быть как общим так и локальным.
Преимущества:
1) низкая температура процесса
2) хорошо контролируемая воспроизводимость
3) изотопная частота ионов легирующей примеси
4) возможность точного задания конфигурации примеси по глубине и по площади
5) возможность легирования различными примесями
6) точное соответствие легированной области размерам окна маски
Недостатки:
1) сложность технологических установок
2) возникновение дефектного слоя
Планарная технология и способ электрической изоляции элементов ИС являются фундаментальными открытиями в технологии изготовления полупроводниковых ИС.
1. Изоляция обратно-смещенным p-n переходом
Недостатки:
- наличие обратных токов
- наличие барьерных ёмкостей
|
|
|
- относительно низкая стабильность работы ИС в диапазоне температуры
- пониженная стойкость к радиации
Достоинства:
- хорошо вписываются в технологический процесс
Методы изоляции:
1) стандартной технологии (планарноэпитаксиальной с использованием разделительной диффузии)
2) тройная диффузия
3) встречная диффузия
4) изолирующая диффузия
2. Изоляция диэлектриком
Токи утечки на 3-5 порядков ниже. Паразитные ёмкости на 3-5 порядков ниже. Недостатком является наличие дополнительных технологических операций.
Методы изоляции в зависимости от используемого материала и способов технологической реализации:
1) EPIC – технология
2) Декальп – технология
3) Кремний на сапфире технология
3. Комбинированный метод
В основу изготовления изоляции положены процессы, обеспечивающие формирование элементов с изолирующими p-n переходами, их горизонтальных участков и диэлектрикам – вертикальных боковых областей.
Методы изоляции:
1) Изопланарная технология
2) Эпипланарная технология
3) Полипланарная технология
4) Изоляция V-канавками
4. Изоляция В МОП и КМОП ИС.
В одинаковых МОП транзисторах истоки и стоки смежных транзисторов разделены встречно включенными p-n переходами. Между транзисторами находится кремний с низким удельным сопротивлением. Связь между транзисторами обусловлена наличием малых обратных токов p-n переходов.
Обмен носителей между каналами возможен только при размерах менее 5 микрон. Изоляции между отдельными МОП или КМОП транзисторами не требуется, это определяет значительное уменьшение трудоёмкости изготовления (на 40%).
В КМОП ИС для изоляции – выполняются изолирующие карманы n(p) типа и соответственно изоляции не требуется.
