Изоляция компонентов в монолитных интегральных узлах.

Так как монолитные ИС изготовляют на полупроводниковой подложке, то необходима изоляция отдельных элементов и компонентов. Наиболее распространены два метода изоляции: с помощью дополнительных -переходов, смещенных в обратном направлении; с помощью диэлектрика, которым служит слой .

Рис. 2.52. Структура подложки, на которой компоненты изолированы с помощью -перехода и с помощью диэлектрика (6): 1 - эитаксиальная пленка: 2 - подложка

При первом методе на каждый элемент требуется дополнительный -переход. В этом случае разделение элементов осуществляют операцией выращивания и окисления эпитаксиального слоя. На подложке с эпитаксиальным слоем, покрытой оксидом, с помощью фотолитографии вскрывают окна под изолирующий контур и проводят двойную диффузию примесей бора на глубину, обеспечивающую смыкание диффузионных -областей с подложкой -типа (рис. 2.52, а). В итоге таких операций (которые называют разделительной диффузией) образуются островки эпитаксиального слоя с электропроводностью -типа. На этих островках и формируют в дальнейшем отдельные элементы и компоненты.

Переходы , полученные таким образом, заперты за счет обратного напряжения, приложенного к ним, и компоненты практически изолированы друг от друга.

Недостаток подобной изоляции — значительная паразитная емкость у запертого -перехода; пробивное напряжение порядка 20—60 В. Токи утечки, вызванные обратным током запертого -перехода, зависят от температуры подложки и отдельных компонентов ИС.

Лучшие результаты могут быть получены при изоляции компонентов с помощью пленки . При этом пробивное напряжение увеличивается, а токи утечки и емкость уменьшаются. Технология выполнения подобной изоляции сводится к следующему. На подложке с помощью фотолитографии и травления выполняют углубления. Затем поверхность окисляют, получая слой диэлектрика , и наращивают на нем эпитаксиальную пленку электропроводности -типа. После этого пластину шлифуют до слоя . При этом эпитаксиальные островки останутся только в лунках, образовавшихся при травлении. Получают изолированные карманы с электропроводностью -типа (рис. ), в которых формируют соответствующие компоненты.

При изготовлении большинства типов интегральных монолитных ИС используют планарно-эпитаксиальную технологию, которая сводится к такой последовательности операций: на подложке кремния с электропроводностью р-типа выращивают эпитаксиальную пленку с электропроводностью -типа, которая является коллекторной областью транзисторов, частью резисторов, диодов и конденсаторов; затем поверхность окисляют до получения пленки толщиной мкм; на окисленную поверхность с помощью фотолитографии наносят требуемый рисунок и производят селективное травление окисла для вскрытия окон. После этого проводят разделительную диффузию примесей бора; наносят рисунок баз транзисторов, резисторов, конденсаторов, элементов диодов и производят селективное травление окисла; проводят диффузию примесей бора, при которой образуются области без транзисторов, резисторов, конденсаторов и т. наносят рисунки эмиттеров транзисторов, элементов диодов, конденсаторов и производят селективное травление оксида; проводят диффузию примесей; наносят рисунки выводов и производят селективное травление; производят вакуумное напыление пленки алюминия; производят селективное травление алюминия по требуемому рисунку соединений; выполняют разрезку пластины на отдельные интегральные схемы, размеры которых зависят от их сложности (порядка мм).

Технология изготовления ИС непрерывно совершенствуется. Так, при изготовлении аналоговых ИС широко применяется ионная имплантация, обеспечивающая хорошее дозирование и введение примесей на заданную глубину. Развивается технология ИС, выполняемых на основе арсенида галлия, у которого подвижность носителей заряда в пять раз больше, чем у кремния, что будет способствовать созданию ИС большого быстродействия.

Проводятся работы по использованию в качестве подложек нитридов и карбидов, которые позволяют повысить рабочую температуру ИС.