Конструктивно-технологические особенности биполярных ИМС

Основной элемент биполярных ИМС — биполярный кремниевый транзистор (БиП-приборы), благодаря которому и получила название сама ИМС этого типа.

Структуры биполярной кремниевой ИМС (а) и интегрального транзи­стора (б) (все размеры указаны в микрометрах):

а) 1 — подложка р-типа; 2 — биполярный транзистор; 3 — диффузионный резистор; 4 — диод, созданный замыканием областей базы и коллектора; б) 1 — подложка р-типа; 2 — «скрытый» коллектор; 3 — эпитаксиальный слой n-типа; 4— изолирующий р—n-переход; 5— слой оксида толщиной 1 мкм; 6 — эмиттер n+-типа; 7 — база р-типа; 8 —коллекторный кон­такт п+-типа

Резисторы в полупроводниковых ИМС формируют путем соз­дания высокоомных слоев в толще монокристаллического кремния. Сопротивление такого резистора зависит от профиля концентрации примеси, глубины диффузии и геометрических размеров диффузи­онного участка.

Конденсаторы в ИМС бывают двух типов: диффузионный кон­денсатор, в качестве которого используется емкость р — п-перехода, и тонкопленочный, изготавливаемый на специальных участках поверхности кремниевой подложки. При этом в качестве диэлектрика применяется диоксид кремния, полу­ченный на этих участках подложки окислением или осаждением. Обкладками конденсатора служат кремний и алюминиевая плен­ка. При толщине слоя SiO₂, равной 0,08 мкм, емкость составляет 0,25 пФ на площади металлической пленки 600 мкм². Максималь­ное рабочее напряжение 20 В.

Структуры конденсаторов для биполярных ИМС:

а — диффузионный конденсатор, использующий емкость р —n-перехода; б —эквивалентная схе­ма диффузионного конденсата при параллельном включении; в — пленочный конденсатор типа металл—оксид—кремний (МОП); 1 — верхняя обкладка из А1; 2 — вывод нижней об­кладки из А1; 3—изолирующий р— n-переход; 4 — слой кремния р-типа; 5 — подложка n-типа; 6 — нижняя обкладка из кремния n+-типа; 7—слой Si0₂ толщиной 80 нм

Диоды в ИМС формируют обычно двух типов: с низким про­бивным напряжением, эквивалентным переходу эмиттер — база в транзисторе, и средним пробивным напряжением, эквивалентным переходу коллектор — база.

В точке А переход коллектор — база входного диода закорочен; в точке Б изолированная область с резисторами соеди­нена с наиболее положительным потенциалом; в точке В подложка соединена с наименее отрицательным потенциалом (земля).

Электрическая схема (а) и топология (б) логического элемента:

1, 5, 7, 8 — входы; 2 —наиболее положительный потенциал; 3 — выход; 4 — земля

Площади ИМС составляют от 6 до 38 мм². Поэтому на одной пластине кремния диаметром 200 мм можно разместить от сотен до тысяч ИМС с учетом размеров линий, наносимых для скрайбирования.

За последние два десятилетия степень интеграции элементов, например транзисторов в одной ИМС (на одном кристалле), уве­личилась от 10 до 10⁶, а минимальные размеры линий в структурах уменьшились от 10 до 0,5 мкм.