 |
 |
 |
 |
щей диф4)узии выбирается таким образом, чтобы ее глубина была заведомо больше толщины эпитаксиального слоя. В итоге боковая диффузия проходит под край оксидной маски на расстояние перц где п > 1, а чаще всего п 1,5.
Необходимо также предусмотреть достаточную величину зазоров между различными диффузионными областями, контактными окнами и участками металлизации в расчете на возможную погрешность совмещения пластины с шаблоном в процессе фотолитографии и с учетом разрешающей способности самого процесса литографии. Если минимально допустимую величину зазора, или так называемую «проектную норму», обозначить d и если 4pi = d, а п = 1,5, то транзистор, показанный на рис. 2.23, будет иметь габаритные размеры L = 15й и W = lid, а его площадь будет равна А = LW = \65d. При этом активная область, или область «-эмиттера, занимает площадь всего 9d, что составляет лишь 5,5 % общей площади транзистора.
При 10-мкм проектной норме площадь транзистора будет равна А = LW = 150 мкм X НО мкм = 0,0165 мм, что соответствует плотности упаковки 60 транзистор/мм. Если разрешающая способность фотолитографии и погрешность совмещения таковы, что можно использовать 5-мкм проектную норму, площадь транзистора уменьшится до •~0,004 мм, а плотность упаковки возрастет до 250 транзистор/мм. Таким образом, на кристалле размером всего 1 мм X 1 мм можно разместить большое число транзисторов.
Если использовать две полоски базовой металлизации, разместив их по обе стороны эмиттера, то можно уменьшить базовое сопротивление растекания Гьь примерно в четыре раза. Однако размер L при этом возрастет на 2d, так что площадь транзистора будет составлять Л = 17tf х lid = \87d. При 10-мкм проектной норме это соответствует площади 0,019 мм и плотности упаковки 53 транзистор/мм.
Наименьшую величину последовательного сопротивления базы и коллектора удается получить при кольцевой геометрии базового и коллекторного контактов. При этом размеры L и W возрастают соответственно на 4d и на 8d, так что А = LW = I9d х \9d = = 361tf При 10-мкм проектной норме это соответствует площади 0,036 мм и плотности упаковки 28 транзистор/мм
2.10. рлр-транзисторы
Из двух типов биполярных транзисторов наиболее широко используются в интегральных схемах прп-транзисторы. Это объясняется главным образом двумя причинами.
1. Подвижность электронов в кремнии примерно в 2,5 раза выше, чем дырок, так что время переноса носителей в базе для /г/7п-транзисторов обычно меньше, чем для рпр. Поэтому пра-трап-
висторы имеют несколько больший коэффициент усиления по току и их высокочастотные характеристики лучше.
2. Донорные при.меси (фосфор и мышьяк) имеют гораздо более высокую растворимость в кремнии в твердой фазе, чем акцепторная примесь (бор). Желательно, чтобы область эмиттера была легирована значительно сильнее, чем область базы. Тогда ток, текущий через переход эмиттер-база при прямом смещении, будет состоять преимущественно из носителей заряда, инжектируемых эмиттером в базу, и лишь в незначительной степени - из носителей, переходящих из базы в эмиттер. Только те носители, которые инжектируются эмиттером в базу, могут вносить вклад в ток коллектора. Противоположно направленный поток носителей, движущихся из базы в эмиттер, вносит вклад только в базовый ток. Поскольку донорные примеси имеют более высокую растворимость в кремнии, чем бор, лрп-транзистор может иметь более эффективную структуру эмиттер-база и, следовательно, более высокий коэффициент усиления по току, чем рлр-прибор.
Однако для многих применении нужны схемы, содерлсащие оба типа транзисторов. На рис. 2.24, а показан входящий в состав ИС рпр-транзистор, совместимый по технологии изготовления с прп-транзистором. Для получения этой рпр-структуры не требуется никаких дополнительных операций по сравнению с технологическим циклом пр/г-транзистора. Прибор, показанный на рнс. 2.24, я, называется вертикальным рлр-транзистором. Его коллектором является подложка, и ток инжектируемых эмиттером дырок течет в вертикальном направлении, через эпитаксиальный базовый слой п-типа в р-коллектор.
Ширина базы вертикального р/гр-транзистора равна толщине эпитаксиального слоя, лежащего мелсду диффузионным р-слоем и подложкой р-типа, и составляет обычно ~ 5мкм. Между тем в «;,п-транзис1оре ширина базы составляет всего 0,5 мкм. Из-за большой ширины базы время переноса дырок от эмиттера к коллектору в рлр-транзисторе также оказывается большим, что в свою очередь приводит к малому коэффициенту усиления потоку j3 (5-30) и неудовлетворительным высокочастотным характеристикам. Предельная частота усиления по току /т рпр-тран-зистора лежит в диапазоне от 10 до 30 МГц, тогда как для прп-транзистора она составляет ~ 500 МГц.
Коллектором р/гр-транзистора служит подложка р-типа, которая подключается к отрицательному полюсу источника питания или к «земле». В любом случае она заземлена по переменному току. Из-за этого условия р/г/?-транзистор допускает использование только одной схемы включения - схемы с общим коллектором, или эыиттериого повторителя. Несмотря на такое довольно жесткое ограничение, приборы данного типа находят применение в HCKOTopi x ИС.
На рис. 2.24, б показан другой вариант структуры рпр-трап-зистора. Это так называемый горизонтальный р/гр-транзистор, и он также совместим с /грл-транзистором по технологии изго-
Раза Рмиттер Раза.
J J P3PPuppH7iua/i
РисрррзаорнаЛ ---z-г"" - \Puipipi/3uaPf/a/t
aPpampimnaJ Рпитансиальныи. слаи. п-типа хаЗластьр-типа.
---РрРлажна рП7ила[нрллертрр) ----
Раза (Л*) Раллентар Рмиттер Раллслтлр Раза (п
Лзллиррю-щал ли, зирррая 7 efi/mmp-my
Рпитарсиальиьш елай п-типа
Рнрьтьш Риалризиалмый слий п типа
ПоРлажна р-типа. Р"
Кзрлиррн7и.1ал Ригрррзиаллал лрласртгр-rupa.
Рзрлирующал рирррзитиая аРлаш1р-типа
рзрлиррн7щал ри/ррзианлал ррласл/р-типа
Рис. 2.24. Интегральные р/гр-транзисюры. а - вертикальный рлр-транзистор; б - горизонтальный рлр-транзистор (поперечное сечение); в - горизонтальный рлр-транзистор (вид сверху).
товления. Такой прибор называется горизонтальным, поскольку поток дырок, движущихся от р*-эмиттера к р"-коллектору, направлен параллельно поверхности кристалла. Ширина базы этого транзистора равна расстоянию между краями эмиттерной и кол-
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