Метод диэлектрической изоляции

Элементы биполярной интегральной микросхемы должны быть изолированы друг от друга для исключения паразитного взаимодействия. Для разделения отдельных элементов используют различные методы изоляции: изоляцию рnпереходом, смещенным в обратном направлении, диэлектрическую изоляцию, а также самый распространенный метод изоляции комбинированную изоляцию (сочетающую изоляцию диэлектриком (диоксидом кремния) и рп переходом).

В первых микросхемах наибольшее распространение получили транзисторы с изоляцией рn переходами. Основное достоинство метода изоляции рn переходом - простота технологии формирования изолирующих областей р+типа. Для их создания применяют такие же технологические процессы (фотолитографию, диффузию примесей), что и для получения основных областей транзистора - базовой и эмиттерной.

Однако изоляция рn переходом не является совершенной: обратный ток этого перехода резко увеличивается при повышении температуры и под воздействием ионизирующих облучений.

Изолирующий переход вносит барьерную емкость, которая снижает граничную частоту аналоговых микросхем и увеличивает задержку переключения импульсных схем.

С помощью метода диэлектрической изоляции удалось добиться более высокого качества изоляции.

Рассмотрим метод изоляции элементов диоксидом кремния. На рис. 8 показана последовательность операций при использовании этого метода:

Si nтипа а) SiO2 б) SiO2 г) SiO2 д) SiO2

Рис. 8. Последовательность основных технологических этапов формирования островков монокристаллического кремния на поликристаллической подложке кремния методом диэлектрической изоляции:

биполярный транзистор интегральный микросхема

а - окисление монокристаллического кремния;

б - вытравливанне канавок в кремниевой пластине через окна в слое диоксида кремния;

в - повторное окисление кремния;

г наращивание поликристаллического кремния;

д - сошлифовка монокристаллического кремния до разделения островков окисление монокристаллической пластины кремния (рис. 8а);

фотолитография; вытравливание канавок в кремнии через вскрытые в диоксиде кремния окна - глубина канавок около 20 мкм (рис. 8 б);

повторное окисление кремния при высокой температуре или нанесение диоксида кремния другим способом - толщина слоя диоксида около 1 мкм (рис. 8, в);

выращивание на слое диоксида кремния поликристаллического кремния толщиной 100 . 200 мкм путем, например, пиролитического разложения силана (рис. 8, г);

сошлифовка или стравливание с противоположной стороны монокристаллического кремния до разделения островков (рис. 8, д).

Метод диэлектрической изоляции позволяет получить хорошую изоляцию как по постоянному, так и по переменному току, поскольку емкость, связанная с оксидным слоем, может быть очень малой (300 пФ/мм2 при слое диоксида толщиной 1 мкм). Пробивное напряжение для диэлектрической изоляции получается значительно большим по сравнению с пробивным напряжением для изоляции рn-переходом (выше 800 В).

Качество такой изоляции значительно выше, так как токи утечки диэлектрика на много порядков меньше, чем рn-перехода при обратном напряжении. Удельная емкость диэлектрической изоляции меньше, поскольку диэлектрическая проницаемость диоксида кремния приблизительно в 3 раза ниже, чем кремния, а толщина диэлектрического слоя может быть выбрана больше толщины изолирующего рn-перехода.

Однако биполярные микросхемы с диэлектрической изоляцией не получили широкого применения вследствие своей сложной технологии и малой степени интеграции.

Читайте также

Разработка локальной сети предприятия (на материалах ОАОТ Дабрабыт)
Локальная вычислительная сеть(Local Area Network), именуемая в дальнейшем LAN, - это совокупность компьютеров и других средств вычислительной техники (активного сетевого оборудования, пр ...

Разработка лабораторного стенда Измерение опасных акустических сигналов
Для человека слух является вторым по информативности после зрения. Поэтому одним из довольно распространенных каналов утечки информации является акустический канал. В акустическом канал ...

Разработка макета для исследования металлических проводниковых материалов
Автоматизация производства процесс в развитии машинного производства, при котором часть или весь комплекс операций по качественному преобразованию состояния исходного сырья, управлению ...