Транзисторы ИС.

Полевые и биполярные транзисторы, применяемые в интегральных микросхемах, изготовляют по технологии монолитных ИС. Иногда используют отдельные дискретные миниатюрные бескорпусные транзисторы, поскольку тонкопленочная технология пока не всегда позволяет получать биполярные транзисторы удовлетворительного качества.

Технологию, по которой изготовляют тонкопленочные полевые транзисторы, условно называют «кремний на сапфире» (КНС). При этом в качестве подложки используют синтетический сапфир, на котором с помощью эпитаксиального наращивания выращивают пленку кремния толщиной 1 мкм и более, на которой выполняют транзистор (рис. 2.51,г). Ввиду хороших диэлектрических свойств сапфира емкости между областями стока, истока и подложкой практически отсутствуют, что приводит к существенному увеличению быстродействия компонентов. Полевые транзисторы, выполненные с применением технологии КНС, работают до частоты 250 МГц и выше. Так как сапфировая подложка не меняет своих параметров при радиационном облучении средней мощности, компоненты, изготовленные по этой технологии, имеют высокую радиационную стойкость.

Биполярные транзисторы монолитных ИС по сравнению с дискретными транзисторами имеют более высокое сопротивление коллектора из-за необходимости выводить контакт наверх и добавления сопротивления (кристалла) между коллекторным контактом и переходом. Для уменьшения этого сопротивления под коллекторным переходом иногда создают сильно легированный скрытый слой с большой удельной проводимостью.

Технология изготовления монолитных ИС сводится к следующему. В пластинку кремния (подложку), имеющую электропроводность -типа, проводят локальную диффузию мышьяка для формирования скрытого слоя . Затем на нее наращивают эпитаксиальный слой . Полученную поверхность окисляют. В результате получается диэлектрический слой оксида , который называют маскирующим. Маскирующие свойства его основаны на том, что скорость диффузии примесей, используемых для получения областей транзистора, в нем значительно меньше, чем в кремнии. Поэтому в процессе диффузии последняя происходит только на участках, свободных от .

Используя фотошаблон базового слоя и процесс фотолитографии, в маскирующем слое травлением вскрывают окно под базу транзистора. Далее проводится двухэтапная диффузия атомов бора. В результате в эпитаксиальном слое появляется зона с электропроводностью -типа. Вследствие особенностей процесса двухэтапной диффузии примесей бора вся поверхность вновь покрыта оксидом. Затем с помощью фотошаблона и фотолитографии вскрывают окна под эмиттер транзистора и под контакт к коллектору. В эти окна проводят двухэтапную диффузию примесей фосфора. В результате образуются область эмиттера и низкоомная область для подключения коллекторного контакта. После диффузии вся поверхность пластины покрыта оксидом. В этом оксиде тем же методом вскрываются окна под выводы контактов эмиттера, коллектора и базы. Затем в вакууме напыляют слой алюминия и, используя фотолитографию, получают рисунок соединений с другими элементами ИС.

Перечисленные процессы являются групповыми и проводятся одновременно для пластины, на которой располагаются десятки сотни микросхем, имеющих значительное количество транзисторов.

Полевые транзисторы с управляющим -переходом и МОП-транзисторы изготовляют по технологии монолитных ИС или по КНС-технологии. Особенности технологии изготовления полевого транзистора определяются в основном видом и концентрацией вводимых примесей.

Различают , -МОП- и -МОП-технологии. Компоненты, выполненные по -МОП-технологии (с каналом типа ), имеют малое быстродействие, большое пороговое напряжение, дешевы, просты в изготовлении, имеют большой выход годных изделий.

Технология -МОП более сложна, позволяет изготовлять транзисторы с меньшим пороговым напряжением, каналом типа , большими быстродействием и плотностью элементов.

В технологии комплементарных приборов -МОП используются комбинации процессов, используемых в -МОП- и -МОП-технологиях. Поэтому производство более дорогостоящее, а плотность элементов на кристалле малая. Однако при небольших напряжениях быстродействие приборов, выполненных по этой технологии выше, чем у приборов, выполненных по -МОП-технологии. Кроме того, такие ИС потребляют очень малую мощность и могут работать при значительных изменениях напряжения питания.

МОП-транзисторы ИС выполняются или с технологически встроенным, или с индуцированным каналом. При изготовлении МОП-транзисторов количество ответственных операций, влияющих на процесс выхода годных микросхем, значительно меньше, чем при изготовлении биполярных транзисторов.

Роль диэлектрика между затвором и каналом выполняет диоксид кремния , что хорошо согласуется с основными технологическими процессами. В отличие от своего дискретного аналога полевые транзисторы с управляющим -переходом значительно реже применяют в ИС, чем МОП-транзисторы.

Диоды, используемые в ИС, выполняют либо по технологии монолитных интегральных микросхем, либо применяют дискретные навесные. Для упрощения технологического процесса в монолитных ИС в качестве диодов используют транзисторы, выводы которых на стадии формирования контактов соединяют между собой.