Запорожец  Издания 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 [ 44 ] 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193

Дтрфузианныи n-слаиГ

Левлажгна п-тила снришалглюграриеснойppummapueuCfff) а.


дирдарзианлш п-ел1

Радлажна п-лрила

Лалилриртол/тчрсний рремшй



/?{7линристалличесний рремши. г

п*1пр Диэлектрическая изоляция в интегральных схемах: а - пластина энизогп оксидном слое; б - получение V-образных канавок методом

ским травления; в - термическое окисление с последующим химиче-

"ощли*™ поликристаллического кремния из газовой фазы; г -

фовыванне тыльной стороны кремниевой подложки /г-типа вплоть до верхушек V-образных канавок.



отверстий. Поперечное сечение такой структуры показано на рис, 2,59, а. Затем производится анизотропное травление кремния с использованием окисла в качестве маски, В результате полу, чаются V-образные канавки (рис. 2,59, б), боковые стенки которых представляют собой плоскости с ориентацией (П 1) и расположены под углом 54,74° к поверхности пластины, имеющей ориентацию (100). Таким образом, глубина канавки D связана с ее щириной W соотношением D = lF/2/2.

После этого пластина подвергается термическому окислению, Б ходе которого боковые стенки V-образной канавки покрываются оксидным слоем. Следующая операция - нанесение очень толстого слоя поликристаллического кремния (рис. 2.59, в) методом химического осаждения из газовой фазы. Осаждаемый слой получается поликристаллическим, а не монокристаллическим, так как подложкой служит не непосредственно кремний, а пленка SiOg.

Далее следует наиболее сложная и критичная операция. Кремниевые пластины монтируются на полировальный круг поликристаллическим слоем вниз, и подложка /г-типа осторожно сошлифовывается ровно настолько, чтобы открылись вершины V-образных канавок (рис, 2.59, г). В результате получается матрица участков монокристаллического кремния п-типа, изолированных от поликристаллической кремниевой подложки и друг от друга термически выращенным оксидным слоем. Ставший подложкой поликристаллический кремний обеспечивает механическую прочность ИС. Этот материал не выполняет в данном случае никаких схемных функций, однако он имеет важные конструктивные преимущества: будучи очень хорошо согласованным с монокристаллическим кремнием по температурному коэффициенту расширения, он с успехом выдерживает высокотемпературный нагрев в ходе технологического цикла.

Очень важно, чтобы шлифовка л-слоя продолжалась до того момента, пока не обнажатся верхушки V-образных канавок. Если прекратить шлифовку раньше времени, л-области будут электрически соединены между собой и изоляция структур не будет достигнута. Если, напротив, продолжать шлифовку слишком долго, л-области окажутся слишком тонкими или даже будут полностью удалены. Таким образом, необходим очень тщательный контроль процесса шлифовки по всей поверхности пластины. Если учесть, что диаметр пластины составляет примерно 100 мм, а глубина канавки всего ~10 мкм, станет ясно, насколько это сложная задача.

Диффузионный /г+-слой, который был создан на поверхности пластины /г-типа, теперь оказался на дне изолированных областей /г-типа. Он играет роль скрытого слоя, предназначенного для снижения последовательного сопротивления коллектора /гр/г-тран-зисторов. Остальные операции по изготовлению ИС с диэлектри-



ческой изоляцией выполняются в той же последовательности, что и операции по изготовлению обычных ИС с изоляцией рп-перехо-дами.

Создание схем с диэлектрической изоляцией обходится гораздо дороже, чем схем с изолирующими рл-переходами. Однако диэлектрическая изоляция имеет большие преимущества для таких применений, как высоковольтные и радиационно стойкие ИС. Диэлектрическая прочность SiOj составляет ~600 В/мкм, так что при толщине оксидного слоя 500 нм напряжение пробоя между изолированной «-областью и подложкой составляет 300 В. Для сравнения напомним, что в ИС с изолирующими рл-переходами напряжение пробоя между п-областью и подложкой не превышает ЪО В. Таким образом, применение диэлектрической изоляции делает возможным создание высоковольтных транзисторов и диодов.

Под действием различных видов ионизирующего излучения, таких, как рентгеновское или гамма-излучение, в кремнии может возникать большое число избыточных свободных электронов и дырок. Рентгеновское и гамма-излучения состоят из фотонов высоких энергий - соответственно свыше 100 эВ и свыше 100 кэВ. Чтобы разрушить ковалентную связь в кристаллической решетке кремния и, таким образом, создать свободный электрон и свободную дырку, необходима энергия Eq = 1,1 зВ. Следовательно, каждый фотон рентгеновского или гамма-излучения может генерировать большое число свободных электронов и дырок. Эти избыточные фотоэлектроны и фотодырки создают значительные приращения тока утечки рл-переходов в ИС. В схемах с изолирующими р/г-переходами это может быть серьезной проблемой: под действием импульса ионизирующего излучения возникают значительные выбросы тока. ИС с диэлектрической изоляцией более устройчивы к воздействию ионизирующего излучения благодаря тому, что между областями /г-типа и поликристаллической подложкой присутствует изолирующий оксидный слой.

Еще один тип ИС с диэлектрической изоляцией - это схемы типа «.кремний-на-сапфире-» (см. п. 2.13.1). Из-за рассогласования кристаллических решеток на границе раздела кремний-сапфир в тонком (1 мкм) слое кремния возникают значительные механические напряжения, приводящие к появлению структурных Дефектов. В результате значительно снижается время жизни неосновных носителей заряда в кремнии, особенно вблизи сапфировой подложки. Столь заметное снижение времени жизни ограничивает возможности использования КНС-структуры в биполярных схемах, но она может быть с успехом применена в МОП-схемах, Например в конфигурации КМОП/КНС. В этом случае важную роль играет такое существенное преимущество, достигаемое бла-ОДаря изолирующей подложке, как значительное снижение па-



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 [ 44 ] 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193