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

Проектирование системы управления вентильным преобразователем
Вентильные преобразователи широко применяются для преобразования энергии, вырабатываемой и передаваемой в виде переменного напряжения промышленной частоты 50Гц в электрическую энергию др ...

Оборудование станции Круговец линейным комплектом ДЦ Неман
На современном этапе развития железнодорожного транспорта все более значимую роль занимают системы с применением микропроцессорной техники. В настоящее время разрабатываются и вводятся в ...

Проектирование РЭА
При конструкторском проектировании РЭА (радиоэлектронной аппаратуры) решаются задачи, связанные с поиском наилучшего варианта конструкции, удовлетворяющего требованиям технического задан ...