Биполярный транзистор с изоляцией p-n переходом.

 

Рассмотрите планарно-эпитаксиальный биполярный транзистор с изоляцией p-n переходом. См. рисунок. Параметры эпитаксиального слоя: N_d =5×10¹⁵ см ^-3, d =10 мкм.

 

1. С какой целью под кремниевые приборы помещают скрытый n⁺ слой? Какие примеси обычно используют для скрытых слоев? Для решения каких задач в технологии ИС используется эпитаксиальное выращивание?

2. Кратко опишите порядок технологических операций, необходимых для изготовления такого транзистора и изобразите комплект необходимых фотошаблонов (масштаб 1 см = 1 мкм).

3. Изобразите распределение концентраций донорной и акцепторной примеси вдоль линии А-А. Почему легирующей примесью р-типа в кремнии применяется только бор?

4. Определите температуры и времена проведения диффузий (база-диффузия бора в 2 стадии, эмиттер-диффузия фосфора в одну стадию), необходимых для получения следующих параметров: Глубина перехода Поверхностная концентрация мкм см ^-3 База 3 3×10¹⁸ Эмиттер 2,5 1×10²¹

 

5. Определите напряжение прокола базы для этого транзистора и рассчитайте зависимость емкости коллекторного перехода от напряжения коллектор-база.

 

 

На рисунке изображено поперечное сечение и топология входящего в состав ИС n-p-n транзистора с одной полоской базовой металлизации и изоляцией p-n переходом. Вследствие того, что коллекторный контакт расположен вверху, возникает большое последовательное сопротивление коллектора r_к , обусловленное низким уровнем легирования коллекторного слоя. Чтобы уменьшить коллекторное сопротивление, при изготовлении транзистора перед операцией эпитаксиального наращивания n-слоя проводят диффузию для создания скрытого сильнолегированного n⁺-слоя. Чтобы исключить размытие скрытого слоя при последующих высокотемпературных операциях, применяют примеси с низким коэффициентом диффузии(As, Sb).

 

К материалу подложки выдвигаются следующие требования:

1.Для снижения емкости перехода - низкий уровень легирования

2.Для повышения напряжения пробоя - низкий уровень легирования

3.Для снижения последовательного сопротивления - высокий уровень легирования

 

Эпитаксиальная структура позволяет преодолеть несовместимость и одновременно удовлетворить требованиям емкости, напряжения пробоя и последовательному сопротивлению.

 

Пример изготовления биполярного n-р-n-транзистора методами планарной технологии представлен на рисунке. На подложке из монокристаллич. Si окислением получают маскирующий слой SiO₂. В этом слое с помощью фотолитографии формируют окна для введения акцепторной примеси (В), в результате чего образуется базовая область транзистора (p-Si). Затем пластину снова окисляют и во вновь образованной пленке SiO₂ повторной фотолитографией создают окна для формирования путем введения донорной примеси (P) эмиттерной области и контакта к коллекторной области (n ⁺ -Si). В результате цикла окисление - фотолитография вскрываются контактные окна к областям эмиттера и коллектора. На подготовленную таким образом пластину наносят (напылением вакуумным, пиролизом летучих метал-лоорг. соед. и др. способами) слой металла (чаще всего Al), из к-рого посредством фотолитографии формируют контактные площадки для присоединения металлич. выводов к соответствующим областям транзистора.

 

Рис. 2. Набор фотошаблонов (а), последовательность их совмещения с подложкой (б) и формирования структуры биполярного n-p-n-транзистора по планарно-эпитаксиальной технологии с изоляцией p-n-переходом (в):

1- скрытый слой, 2 - разделение областей структуры, 3 - база, 4 - эмиттер и область коллекторного контакта, 5 - контактные ок­на, 6 - металлизация; П - подложка, Б - база, Э - эмиттер, К - коллектор

 

 

Легирующей примесью p-типа применяется бор из-за высокого уровня предельной растворимости.

 

 

Определим температуры и времена проведения диффузий (база-диффузия бора в 2 стадии, эмиттер-диффузия фосфора в одну стадию)

 

Составим систему уравнений:

Первое уравнение - p-n переход эмиттер-база, образующийся на 2,5 мкм

Условие - концентрации доноров и акцепторов равны

Второе описывает переход база-коллектор

3е уравнение берём из условия на границе

 

 

 

,где

-формулы для концентрации после двухстадийного диффузионного процесса и из бесконечного источника.

 

Численно это выглядит таким образом:

 

 

Отсюда

x1=D1*t1, D1*t1=4.2*10^-16

x2=D2*t2, D2*t2=1.9*10^-13

x3=D3*t3, D3*t3=1.8*10^-13

 

По графику зависимости коэффициента диффузии от температуры

определим примерно коэффициент диффузии и время технологического процесса.

При T1=1293K D1=3.5*10^-14 м²/с t1=128c

T2=1459К D2=1.9*10^-12 м²/с t2=16.4 мин.

T3=1273K D3=5*10^-14 м²/с t3=10ч

 

Определим напряжение прокола базы для этого транзистора и рассчитаем зависимость емкости коллекторного перехода от напряжения коллектор-база.

 

 

Получаем , U=5.9В\

Зависимость емкости коллекторного перехода от напряжения коллектор-база

 

 

 

Литература:

1. 1.Соклоф С. Аналоговые интегральные схемы. М.: Мир, 1988, 383с.

2. 2.И.Б.Захарова, Т.И.Зубкова. Электроника и микроэлектроника. Физико-химические основы. Учебное пособие. СПбГПУ, 1996.

3. Технология СБИС. Под ред. С.Зи. В двух томах. М.: Мир, 1986, 454с.

4. Березин Л.С., Мочалкина О.Р. Технология и конструирование интегральных микросхем. М.: Радио и связь, 1992, 320 с.

---

Дата добавления: 2015-12-21; просмотров: 18; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!