Элементы интегральных схем

Основными элементами полупроводниковых интегральных схем (ИС) являются биполярные и полевые транзисторные структуры. В схемах, как правило, применяются планарные транзисторные элементы, у которых эмиттерные, базовые и коллекторные области выходят на одну сторону подложки. На этой же стороне подложки, на ее поверхности, располагается и контактные выводы от этих областей.

Основой для изготовления ИС служит полупроводниковая пластина кремния с проводимостью p-типа, на которую наносят тонкий эпитаксиальный слой n-типа. В этом случае протравливают канавки для разделения отдельных элементов схемы. Путем диффузии в эпитаксиальный слой под канавками вводятся примеси p-типа, вследствие чего между созданной областью p-типа и примыкающими к ней участками эпитаксиального слоя n-типа образуются p-n-переходы, служащие для изоляции отдельных элементов схемы. С этой целью при работе схемы на подложку подают наибольший отрицательный потенциал, и p-n-переходы оказываются включенными в обратном направлении, т. е. между элементами отсутствует электрическая связь.

Рисунок 4.15 – Поперечное сечение фрагмента микросхемы

На оставшихся участках эпитаксиального слоя n-типа создают необходимые структуры для получения активных и пассивных элементов. Так, путем двойной диффузии может быть создана планарная p-n-структура с выводами от всех электродов в одной плоскости. При образовании полупроводниковой структуры большую роль играет пленка диоксида кремния, которая предохраняет поверхности от внешних воздействий. В промежуточных операциях по изготовлению полупроводниковой структуры эта пленка служит экраном, предохраняющим от диффузии примесей те участки, в которых необходимо сохранить прежний тип проводимости. В процессе изготовления полупроводниковых ИС широко используют метод фотолитографии, сущность которого кратко сводится к следующему.

Поверхность пластины покрывают слоем фоторезиста — материала, чувствительного к ультрафиолетовому облучению. Затем пластину облучают через фотомаску, имеющую рисунок, соответствующий последующей технологической операции. Облученные участки фоторезиста после операции закрепления полимеризуются, поэтому на них не действуют травители, с помощью которых на необлученных участках удаляют слой диоксида кремния с фоторезистом. В дальнейшем производится диффузия примесей в протравленные «окна», покрытие слоем диоксида кремния и, если необходимо, снова слоем фоторезиста с последующим облучением через новую фотомаску и т. д.

В ходе изготовления интегральной схемы обычно приходится использовать несколько фотомасок и выполнять соответственно несколько по существу одинаковых технологических операций. Однако число операций здесь примерно такое же, как и при изготовлении дискретного планарно-эпитаксиального транзистора, а число одновременно изготовляемых из одной пластины схем может быть достаточно велико, поэтому стоимость производства унифицированных ИС сравнима со стоимостью производства дискретных транзисторов.