- •Введение
- •1. Классификация интегральных микросхем
- •2. Технология изготовления полупроводниковых имс на основе биполярных структур
- •2.1. Электрическая изоляция элементов
- •2.2. Планарно-диффузионные технологии с изоляцией элементов p-n-переходами и резистивной изоляцией
- •2.3. Планарно-эпитаксиальные технологии с изоляцией элементов p-n-переходами
- •2.4. Планарно-эпитаксиальные технологии с диэлектрической изоляцией элементов
- •2.5. Технология изготовления имс с комбинированной изоляцией
- •2.6. Биполярные технологии изготовления бис и сбис
- •2.7. Технология совмещенных имс
- •2.8. Конструкции элементов полупроводниковых имс на биполярных структурах
- •2.8.1. Интегральные биполярные транзисторы
- •2.8.2. Многоэмиттерный транзистор
- •2.8.3. Многоколлекторные транзисторы
- •2.8.4. Транзистор с барьером Шоттки
- •2.8.5. Супербета транзистор
- •2.8.6. Транзисторы p-n-p
- •2.8.7. Быстродействующие транзисторы с уменьшенными размерами элементов
- •2.8.8. Транзисторы с эмиттерами на гетеропереходах
- •2.8.9. Эволюция конструктивно-технологических вариантов биполярных транзисторов
- •2.8.10. Интегральные диоды
- •2.8.11. Интегральные резисторы
- •2.8.12. Интегральные конденсаторы
- •3. Технология изготовления полупроводниковых имс на основе мдп - структур
- •3.1. Конструкции элементов полупроводниковых имс
- •3.1.1. Интегральные мдп - транзисторы
- •3.1.2. Вспомогательные элементы мдп-имс
- •3.1.3. Интегральные мдп - конденсаторы
- •3.2. Технология производства мдп-имс
- •3.2.1. Базовая технология мдп-имс
- •3.2.2. Самосовмещенная мтоп - технология
- •3.2.3. Технология двойной диффузии (дмдп - технология)
- •3.2.4. Технология с многослойным диэлектриком
- •3.2.5. Технология комплементарных мдп-имс (кмдп - технология)
- •3.2.8. Технология мдп сбис полупроводниковых постоянных запоминающих устройств (мдп сбис ппзу - технология)
- •3.2.9. Технология имс на основе приборов с зарядовой связью (пзс - технология)
- •3.3. Некоторые конструктивно-технологические проблемы субмикронных мдп - структур
- •3.3.1. Короткоканальные эффекты
- •3.3.2. Проблемы масштабирования
- •3.3.3. Подзатворные диэлектрики
- •3.3.4. Формирование сток – истоковых областей
- •3.3.5. Формирование области канала
- •3.3.6. Формирование затвора
- •4. Технология производства биполярно-полевых полупроводниковых имс
- •4.1. Конструкции элементов биполярно-полевых имс
- •4.1.1. Полевые транзисторы
- •4.1.2. Биполярно-полевая структура с биполярным и V-птуп - транзистором
- •4.1.3. Структура с биполярным и птуп – транзистором, полученная применением ионного легирования
- •4.1.4. Биполярно-полевая структура с высоким коэффициентом усиления биполярного транзистора
- •4.1.5. Структура биполярно-полевой каскодной схемы
- •4.1.6. Биполярно-полевая структура с высоким быстродействием
- •4.1.7. Биполярно-полевые структуры инжекционно-полевой логики (ипл - структуры)
- •4.1.8. Биполярно-полевые структуры с мдп - транзисторами (би-мдп - структуры)
- •4.2. Технология изготовления биполярно-полевых структур
- •4.2.1. Технология биполярно-полевых имс
- •4.2.2. Технология биполярно-полевых имс с птуп
- •5. Технология изготовления имс на основе полупроводников aiiibv
- •5.1. Элементы имс на полупроводниках группы aiiibv
- •5.1.1. Диоды
- •5.1.2. Биполярные транзисторы с гетеропереходами
- •5.1.3. Полевые транзисторы
- •5.2. Современные тенденции формирования aiiibv-структур
- •6. Переход от микро – к нанотехнологиям
- •6.1. Физические основы нанотехнологий в микроэлектронике
- •6.2. Элементы на основе наноэлектронных структур
- •6.2.1. Резонансно-туннельный диод
- •6.2.2. Металлический одноэлектронный транзистор
- •6.2.3. Спиновой полевой транзистор
- •6.2.4. Элементы молекулярной электроники
- •6.2.5. Структуры на основе квантовых точек и проволок
- •6.2.6. Электронные элементы на основе нанотрубок
- •6.3. Зондовые сканирующие нанотехнологии
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Оглавление
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
4. Технология производства биполярно-полевых полупроводниковых имс
Формирование на одной подложке биполярных и полевых структур – одно из последних достижений в технологии ИМС.
Такие ИМС по конструктивно-технологическому исполнению классифицируют на содержащие биполярные и полевые с управляющим p-n переходом транзисторы, содержащие биполярные и полевые с изолированным затвором транзисторы и на содержащие биполярные и полевые с управляющим p-n переходом и полевые с изолированным затвором транзисторы.
По функциональному назначению они подразделяются на аналоговые и логические; в аналоговых микросхемах, в свою очередь, можно выделить операционные усилители, негатроны, усилительные каскады БИС и СБИС, повторители напряжения, аналоговые мультиплексоры, компараторы, схемы выборки и хранения и др.
Уже первые работоспособные аналоговые микросхемы, изготовленные по биполярно-полевой технологии, непременно превосходили те, что созданы на основе только биполярных приборов.
Наиболее широкое распространение к настоящему времени получили микросхемы с биполярными и полевыми с управляющим переходом транзисторами, так как они могут быть изготовлены на основе хорошо отработанных и освоенных технологических вариантов, например планарно-эпитаксиальной технологии.
4.1. Конструкции элементов биполярно-полевых имс
4.1.1. Полевые транзисторы
с управляющим p-n-переходом
Интегральные микросхемы на основе одних только полевых транзисторов с управляющим p-n переходом (см. разд. 3.1.1) в настоящее время не выпускаются. В последнее десятилетие такие транзисторы стали одним из основных элементов полупроводниковых микросхем, использующихся в сочетании с биполярными транзисторами в одном кристалле.
На рис. 3.1 показаны конструкции полевого транзистора с управляющим p-n переходом (ПТУП) и каналом p-типа, совместимые с технологией изготовления микросхем на биполярных транзисторах n+-p-n-типа и структура полевого транзистора с управляющим p-n переходом и каналом n-типа, совместимая с n+-p-n-биполярной технологией. Области канала n-типа и высоколегированные области n+ и p+, являющиеся электродами полевого транзистора, получены диффузией примесей. Участок управляемой проводимости или канал, находящийся между истоком и стоком, располагается под областью затвора. Подложку рассматривают как самостоятельный электрод.
В структуре ПТУП и каналом n-типа можно указать следующие переходы: затвор - исток ЗИ, затвор - сток ЗС, подложка - исток ПИ, подложка - сток ПС. Все эти переходы при работе полевого транзистора должны быть смещены в обратном направлении, откуда следует, что напряжение на затворе относительно истока должно быть отрицательным, а напряжение на стоке относительно истока - положительным.
В дискретных ПТУП подложка, как правило» технологически соединяется с верхним низкоомным затвором, а в интегральных полупроводниковых схемах - с точкой, имеющей наименьший потенциал, поскольку является общей частью и для остальной схемы.
Для полевого транзистора с управляющим p-n переходом и каналом p-типа знаки напряжений на внешних электродах необходимо заменить на противоположные, а подложку соединить с точкой с наибольшим потенциалом. Наличие разнополярных напряжений существенный недостаток схем, выполненных с применением ПТУП.
Роль и значение полевых транзисторов с управляющим p-n переходом в полупроводниковых микросхемах, содержащих в одном кристалле и биполярные транзисторы, особенно заметны при создании усилительных каскадов. Сочетание биполярного и полевого транзисторов в различных усилительных каскадах устраняет недостатки, свойственные каскадам, построенным исключительно на биполярных транзисторах.
На основе этого принципа уже разработана интегральная микросхема повторителя напряжения, содержащая на одном кристалле биполярные и счетверенные полевые транзисторы, благодаря наличию которых существенно возросла скорость нарастания сигнала.
Объединение биполярного и полевого транзисторов в одной микросхеме позволяет не только существенно улучшить ее электрические характеристики, но и расширить ее функциональные возможности. В схемотехническом отношении такие структуры позволяют в линейных микросхемах достичь существенного уменьшения входного статического тока смещения, повышенной скорости нарастания сигнала и большого входного сопротивления. Улучшение примерно на порядок частотных характеристик является еще одним, в ряде случаев еще более важным преимуществом таких микросхем. Особенно ярко эти возможности видны на примере разработок интегральных полупроводниковых схем операционных усилителей (ОУ).
Динамические характеристики операционных усилителей, изготовленных по чисто биполярной технологии, ограничены параметрами p-n-p-транзисторов. Биполярно-полевая технология позволяет заменить их полевыми с p-каналом и тем самым существенно улучшить быстродействие ОУ. Применение полевых транзисторов во входных каскадах ОУ позволяет на несколько порядков снизить входной ток смещения, что приводит к улучшению точностных характеристик усилителя. Входной ток в полевом транзисторе с p-n переходом не превышает 10-8 А. Для схем операционных усилителей с частотной компенсацией скорость нарастания сигнала пропорциональна отношению статического тока смещения транзистора входного каскада к его крутизне. По сравнению с биполярными транзисторами токи смещения полевых транзисторов, необходимые для получения такой же крутизны, больше, поэтому применение полевых транзисторов обеспечивает значительное увеличение скорости нарастания выходного сигнала. В операционных усилителях с полевыми транзисторами на входе скорость нарастания выходного сигнала можно повысить примерно в 20 раз без увеличения полосы пропускания. Использование на одном кристалле наряду с биполярными полевых транзисторов позволило существенно расширить полосу пропускания, снизить уровень шумов, повысить скорость нарастания сигнала и входное сопротивление усилителей.
Полевые транзисторы являются универсальными приборами, они могут использоваться и как активные и как пассивные нагрузочные элементы, что невозможно в биполярных ИМС.
В каждом конкретном случае совместного применения биполярного и полевого транзистора надо учитывать свои специфические требования, предъявляемые к каждому из них.