Читальный зал -->  Промышленная электроника 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 [ 36 ] 37 38 39 40

Затем вытравливают в этой пленке отверстия по количеству создаваемых транзисторов (2). В полученные окна методом диффузии вводят примеси, образующие слои л-типа. Они изолированы друг от друга и от подложки р-п переходами, смещенными в обратном направлении. Эти островки п-типа образуют коллекторы транзисторов {3). На них наносится через специальные маски примесь, атомы которой диффундируют в п-слой и создают

SiO,

SiOj Донорчая примесь

Подложка р -типа

Островки

SiO,

Рис. 5.5. Последовательность формирования биполярных транзисторов типа п-р-п при планарно-диффузионной технологии изготовления ИМС

Окна

Подложка р-типа

базы р-типа. Затем таким же образом вводят примеси, создающие вторую область п-типа - эмиттеры транзисторов (4). На полученные локальные структуры п-р-п напыляют металлизированные контакты и соединительные дорожки. На поверхности между контактами создается пленка Si02.

При планарно-эпитаксиальной технологии (рис. 5.6) для получения транзисторов п-р-п типа на кристаллическую подложку из кремния р-типа наращивают эпитаксиальный кристаллический слой п-типа и создают на нем защитную пленку двуокиси кремния Si02 (/). В ней методом травления делают окна (позиция 2). Через эти окна осуществляется диффузия атомов примеси, создающая в эпитаксиальном слое под окнами области р-типа, сливающиеся с подложкой того же типа. Таким образом в эпитаксиальном слое остаются островки, образующие коллекторы транзисторов п-типа (3).

Далее эти островки подвергают обработке, как при планарно-диффузионной технологии. Поскольку полученные таким способом транзисторы (4) со стороны коллектора п-типа окружены со всех сторон областями полупроводника р-типа, образуется р-п переход, который изолирует транзисторы друг от друга, а также от других элементов схемы при подаче на него обратного напряжения.

При создании п-р-п-структур для транзисторов одновременно

в этом же технологическом процессе на основе получаемых областей полупроводника с разными типами электропроводности создаются диоды и пассивные элементы микросхемы. Изоляция элементов может быть осуществлена р-п переходами или диэлектриками. При использовании структуры полевых транзисторов наибольшее распространение получили транзисторы с изолированным затвором (рис. 5.7). Для этого в интегральных микросхе-

SiOa

Эпитаксиальный слой I п-типа

Окна

SiO.

Подложка р-типа

SiO о Акцепторная примесь

SiO.

БЭ Н

БЭ Н

Подложка р - типа

Рис. 5.6. Последовательность формирования биполярных транзисторов типа п-р-п при планарно-эпитаксиальной технологии изготовления ИМС

SiO 2 и

SiO 2 И

Рис. 5.7. МДП-структура ИМС: о - со встроенным каналом; б - с индуцированным каналом

мах создают МДП-структуры, а при использовании в качестве диэлектрика под затвором двуокиси кремния Si02 - МОП-структуры. Диоды и пассивные элементы также формируются на основе МДП- или МОП-структуры.

ИМС на основе этих структур изготовляют на кремниевой пластине п- или р-типа по плановой технологии. Конструкция интегральных микросхем на МДП-транзнсторах обеспечивает более

высокую степень интеграции и плотность упаковки в связи с тем, что при создании МДП-структур не нужна изоляция между элементами, а площадь, занимаемая таким транзистором, на два порядка меньше площади биполярного транзистора. Кроме того, для каждого биполярного транзистора требуются три контакта металла с полупроводником, а для МДП-транзистора - только два; количество операций в технологическом процессе изготовления микросхем на основе МДП-структур сокращается примерно в три раза по сравнению с изготовлением микросхем на основе биполярных транзисторов.

Диоды. В полупроводниковых ИМС диоды формируют одновременно с биполярными транзисторами, на основе тех же слоев и р-п переходов. Получать диоды на основе транзисторных структур п-р-п проще, чем формировать отдельные, специально для них, р-п структуры.

Возможны разные схемы диодного включения транзисторов. Например, используется эмиттериый переход, а коллекторный замкнут или разомкнут, либо используется коллекторный переход, а эмиттериый замкнут или разомкнут. Параметры диодов в полупроводниковых ИМС зависят от свойств используемого р-п перехода. Допустимое обратное напряжение определяется напряжением пробоя. Для схем с использованием эмиттерного перехода оно невелико и составляет 5-7 В, а при использовании коллекторного перехода оно в зависимости от концентрации примеси в коллекторе составляет 20-50 В.

Резисторы. Из пассивных элементов микросхем наибольшее распространение получили резисторы. Параметры резисторов в полупроводниковых ИМС - номинальное сопротивление, допуск на отклонение от номинала, мощность рассеяния и температурный коэффициент сопротивления - зависят от материала, формы и способа формирования резистора.

Полупроводниковые резисторы - это резисторы, изготовленные в полупроводниковом материале методами полупроводниковой технологии, которыми формируются транзисторы, диоды и все остальные элементы полупроводниковой ИМС. Их делят на объемные и диффузионные.

Объемные резисторы получают созданием омических, т. е. невыпрямляющих контактов металл - полупроводник. Они не имеют широкого распространения из-за температурной нестабильности и большой занимаемой площади.

Диффузионные резисторы получают одновременно с формированием других элементов при изготовлении транзисторной структуры п-р-п методами планарной технологии с локальной диффузией примесей в разные слои в островках подложки.

Обычно используют базовый или эмиттериый диффузионный слой транзисторной структуры. Толщина такого резистора -

порядка 3 мкм, что гораздо меньше его длины и ширины. На рис. 5.8 представлены структуры диффузионных резисторов на основе базового и эмиттерного слоев планарно-эпитаксиального биполярного транзистора. Наиболее распространены резисторы, сформированные на основе базового слоя (рис. 5.8, а). В островке эпитаксиального слоя, предназначенном для формирования резистора, эмиттериый слой не создается. Базовый слой используется как резистор; на поверхности кристалла он защищен

SiOa

Выводы резистора

Островки эпитаксиального слоя

Рис. 5.8. Полупроводниковые диффузионные резисторы: о - на основе базового слоя; б - на основе эмиттерного слоя

изоляционным слоем двуокиси кремния, а на концах полоски базового слоя путем металлизации алюминием делают выводные контакты / и 2. Поскольку базовый слой имеет значительно меньшую концентрацию основных носителей заряда, чем эмиттериый, то на его основе формируют высокоомные резисторы. Изоляция резисторов от других элементов микросхемы осуществляется минимум двумя встречно-включенными р-п переходами, т. е. системой, запертой при любой полярности приложенного напряжения.

Величина сопротивления диффузионного резистора определяется удельным сопротивлением диффузионного слоя и размерами сформированного резистора: сопротивление тем больше, чем больше удельное сопротивление и длина резистора и меньше ширина и толщина слоя.

В зависимости от требуемой величины сопротивления резистор формируют в виде прямоугольной полоски или - для увеличения длины - в виде змейки.

Для получения низкоомных резисторов используют эмиттериый слой л+-типа (рис. 5.8, б), сопротивление которого значительно меньше, чем базового, из-за высокой концентрации основных носителей заряда. Диффузионные резисторы имеют сопротивление от 50 Ом до 300 кОм с разбросом ±(10-20)%; максимальная мощность рассеяния - до 0,1 Вт.

в полупроводниках ИМС, выполненных на .основе МДП-транзисторов, резисторы также формируются на основе МДП-структуры. В этих микросхемах в качестве резистора используют МДП-транзистор (в частности, МОП-транзистор). Его сопротивлением является сопротивление канала транзистора между истоком и стоком, зависящее от режима работы, заданного напряжением на затворе.

Конденсаторы. Пассивный элемент ИМС, реализующий функцию конденсатора, не нащел широкого применения в современной микроэлектронике в связи с трудностями получения больших

SiO,

Подложка р-типа

Подложка р -типа

Рис. 5.9. Полупроводниковые диффузионные конденсаторы на основе р-п переходов: а - между подложкой и коллектором; б - коллекторного; в - эмиттерного; 1,2 - выводы конденсатора

удельных емкостей, значительно большей занимаемой площадью по сравнению с другими элементами - транзисторами, диодами, резисторами, зависимостью емкости от напряжения и другими недостатками. По структуре полупроводниковые конденсаторы могут быть двух типов: диффузионные и МДП-конденсаторы.

Диффузионные конденсаторы основаны на использовании барьерной емкости обратно смещенного р-п перехода. В них может быть использован один из р-п переходов структуры биполярного транзистора: изолирующий переход между подложкой р-типа и коллектором л-типа, коллекторный или эмиттерный переход (рис. 5.9). Конденсаторы создают одновременно с другими элементами в изолированных от них островках. При их применении необходимо соблюдать полярность подключения обратного напряжения к используемому р-л переходу. Удельная емкость конденсатора, построенного на эмиттерном переходе, в несколько раз превышает удельную емкость конденсатора на коллекторном переходе, но пробивное напряж,ение его составляет единицы вольт, тогда как для конденсатора на коллекторном переходе - десятки вольт.

К недостаткам конденсаторов, создаваемых на основе р-л переходов, следует отнести: небольшую величину удельной емкости; сравнительно большую площадь обкладок, значительно превы-

шающую площадь транзистора; зависимость емкости от напряжения и наличие паразитных емкостей из-за изолирующих р-л переходов, а также необходимость соблюдения полярности при включении. Эти недостатки ограничивают применение конденсаторов в ИМС.

МДП-конденсаторы имеют структуру металл - окисел - полупроводник. В качестве нижней обкладки в них используют полупроводниковый слой л-типа; диэлектриком служит слой двуокиси кремния Si02 толщиной до 0,1 мкм, а верхней обкладкой - пленка алюминия. Их удельная емкость - порядка 650 пФ/мм, пробивное напряжение 50 В, допуск на емкость ±10%. МДП-конденсаторы не требуют соблюдения определенной полярности напряжения, кроме того, их емкость не зависит от приложенного напряжения.

Индуктивные элементы по полупроводниковой технологии очень трудно создать, поэтому в полупроводниковых ИМС они не используются.

5.3.2. Элементы и компоненты гибридных интегральных микросхем

Гибридная интегральная микросхема состоит из подложки, нанесенных на нее пассивных пленочных элементов и навесных дискретных активных элементов в виде бескорпусных диодов и транзисторов или кристалла полупроводниковой ИМС. Иногда применяют также навесные миниатюрные пассивные элементы, которые нельзя выполнить по пленочной технологии. Например, конденсаторы сравнительно большой емкости, дроссели. Готовая ИМС помещается в корпус для герметизации.

Для изготовления подложек используют некоторые сорта стекла и керамики. Подложка должна иметь высокую чистоту и плоскостность поверхности. Возможные размеры подложки (ширина и длина): от 10X12 и ЮХ 16 до 24X30 и 30X48 мм; толщина 1,6 и 0,6 мм, но может быть и до 0,2 мм.

Пленочные резисторы. Для получения пленочных резисторов тонкие резистивные пленки наносят на подложку в виде узких полосок прямоугольной или П-образной формы, многократно повторяющейся для увеличения номинального сопротивления (рис. 5.10, а). Эти полоски заканчиваются контактными площадками, имеющими высокую проводимость. Материалами для изготовления тонкопленочных резисторов могут быть металлы, сплавы, полупроводники и смеси металлов с керамикой, называемые кер-метами. Например, для изготовления резисторов используют хром, тантал, нихром, нитрид тантала и др. Контактные площадки напыляют из золота, меди, тантала, алюминия с подслоем нихрома, меди с подслоем нихрома.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 [ 36 ] 37 38 39 40

ООО «Мягкий Дом» - это Отечественный производитель мебели. Наша профильная продукция - это диваны еврокнижка. Каждый диван можем изготовить в соответствии с Вашими пожеланияи (размер, ткань и материал). Осуществляем бесплатную доставку и сборку.



Звоните! Ежедневно!
 (926)274-88-54 
Продажа и изготовление мебели.

Копирование контента сайта запрещено.
Авторские права защищаются адвокатской коллегией г. Москвы.