Кремниевых подложках

При создании кремниевых планарных приборов и ИМС

Транзисторы с барьером Шоттки. Быстродействие кремниевых планарных транзисторов в режиме переключения определяется временем рассасывания неосновных носителей, накопленных в базе и коллекторе при открытых эмиттерном и коллекторном переходах. Для увеличения быстродействия транзисторов кремний легируется золотом, однако при этом снижается время жизни неосновных носителей т„, уменьшается коэффициент усиления р и увеличивается обратный ток /кобр- Наиболее эффективным конструктивным способом повышения быстродействия транзисторов является использование диодов Шоттки, шунтирующих коллекторный переход. Транзистор такого типа называется транзистором Шоттки.

Учет тока рекомбинации для кремниевых планарных транзисторов может быть произведен по формуле Ю. С. Рябинкина, описывающей зависимость коэффициента усиления в схеме с общим эмиттером и справедливой в области малых токов:

сводится к 1 + 1/Уро, что при Ро=100 соответствует 0,4 дБ. Такая величина находится в хорошем соответствии с измерениями Фолкнера и Хардинга [6], свидетельствующими о том, что шумовые параметры современных кремниевых планарных транзисторов почти достигли своего оптимума и что эффекты,

Подобная трактовка Леонарда и Яскольски была поставлена под сомнение Кноттом [21], который провел измерения взрывного шума в дискретных кремниевых планарных транзисторах. Его результаты не подтвердили гипотезы о том, что взрывной шум обусловлен микроплазменными явлениями в об-ратносмещенном переходе база — коллектор; вместо этого он показал, что в данном случае взрывной шум возникает в области на поверхности или рядом с поверхностью положительно смещенного перехода эмиттер — база. Подобное противоречие между результатами, полученными Леонардом и Яскольски, а также Кноттом, могло означать, что существуют по крайней мере два вида взрывного шума. В самом деле, Орен -[30]

О взрывном шуме в кремниевых планарных транзисторах (п — р — п и р—п — р) сообщали Гиралт с сотр. [14, 15]. Характер шума напоминал взрывной шум у р — ^-переходов при обратном смещении в том, что он также имел ступенчатую форму иногда с двумя уровнями, а в некоторых случаях с более чем двумя уровнями. Величина ступеней оставалась постоянной во времени, но имела зависимость от температуры и уровня смещения транзистора. Длительность импульсов менялась случайно с распределением вероятности, описываемым статистикой Пуассона.

Диодные матрицы, состоящие из кремниевых планарных диодов. Предназначены для работы в герметизированной аппаратуре.

Диодные матрицы, состоящие из восьми кремниевых планарных диодов каждая.

Диодные матрицы, состоящие из кремниевых планарных диодов. Предназначены для работы в герметизированной аппаратуре.

Диодные матрицы, состоящие из кремниевых планарных диодов. Предназначены для работы в герметизированной аппаратуре.

Диодные матрицы, состоящие из кремниевых планарных диодов. Предназначены для применения в герметизированной аппаратуре.

Одним из наиболее существенных недостатков микросхем, выполненных на полупроводниковых, обычно кремниевых, подложках является образование паразитных электрических связей между отдельными элементами вследствие большой емкости изолирующих р-я-переходов. Особенно большие трудности возникают при работе микросхем на высоких частотах или при резком уменьшении линейных размеров их элементов. Наиболее кардинально решается эта проблема гетероэпитаксиальным методом, т. е. нанесением пленок кремния на дилектрические подложки. Впоследствии на этой пленке уже формируются конкретные микросхемы.

Комплементарные КНС-микросхемы имеют важные преимущества по сравнению с микросхемами на кремниевых подложках (см. 4.13). Во-первых, выше степень интеграции, так как транзисторы можно разместить на минимальном расстоянии друг от друга, отсутствуют карманы и выводы от подложки. Во-вторых, повышается бытродействие из-за снижения емкостей р-п переходов (исключаются их нижние поверхности). В-третьих, повышается радиационная стойкость к импульсному излучению.

Число пар, генерируемых в тонких слоях, мало. Поэтому в структуре на 4.13 основная масса электронно-дырочных пар образуется в толще подложки, под транзисторами, на значительном удалении от поверхности. Диффундируя к поверхности и подходя к обедненным слоям р-п переходов, неосновные носители экстрагируются и увеличивают токи переходов. Возникают импульсы тока в стоковых цепях закрытых транзисторов, и происходит их кратковременное отпирание. Это приводит к сбою, в частности теряется информация в запоминающих элементах цифровых микросхем. Полупроводниковая структура не разрушается, так как доза облучения мала; по окончании воздействия схема остается работоспособной и параметры транзисторов сохраняются. В структуре КНС число электронно-дырочных пар, генерируемых в тонкой эпитаксиаль-ной пленке кремния, мало, а диффузия их из глубины подложки к поверхности отсутствует, так как подложка диэлектрическая. Следовательно, сбой может произойти лишь при гораздо большей интенсивности облучения, чем в структурах на кремниевых подложках.

Существенным недостатком КНС-микросхем является их высокая стоимость. В связи с этим разработаны способы создания КНД-структур, не содержащих сапфировых подложек, путем получения тонких пленок кремния на окисленных кремниевых подложках (см. § 2.8). Такая структура изображена на 4.15, в. Она имеет не только меньшую стоимость, но и лучшие по сравнению с КНС электрические параметры — большую подвижность носителей и меньшие токи утечки закрытых транзисторов (хотя и не столь малые, как в транзисторах, сформированных в монокристаллических подложках). Кремниевая подложка имеет большую теплопроводность. При работе микросхемы она соединяется с нулевой шиной и снижает паразитные емкости между соседними проводниками и другими элементами схемы.

Топологические структуры КМДП-элементов и ЛЭ на /г-канальных транзисторах имеют сходство: применяется совмещение транзисторов с одинаковыми типами каналов, поликремниевые слои используются в качестве соединений и др. Например, в схеме на 8.15, а сток транзистора VTnl совмещается в одну область с истоком транзистора VTn%, совмещаются в одну область истоки транзисторов VT'Р1, VTpZ, а их стоки — в другую. В микросхемах на кремниевых подложках транзисторы VTP1, VTP2 размещаются в одном кармане. Дополнительным требованием к топологии является устранение возможности возникновения тиристорного эффекта (эффекта «защелкивания»). Он заключается в том, что паразитная тиристорная р-п-р-п структура, образованная /?+-областью истока транзистора VTP, л-областью кармана, ^-подложкой и п+-областью истока транзистора VTn, при определенных условиях может переходить в открытое состояние. Тогда через нее течет большой ток, приводящий к выходу микросхемы из строя. В КМДП-микросхемах на диэлектрических подложках тирис-торный эффект отсутствует.

Выше была рассмотрена эпитаксия кремния на монокристаллических кремниевых подложках, т. е. автоэпи-таксиальный процесс. В последнее время в кремниевой планарной технологии все большее значение приобретают гетероэпитаксиальные процессы, связанные с выращиванием монокристаллических кремниевых пленок на монокристаллических подложках из других материалов, в том числе диэлектрических. Подобные процессы дают возможность создания ИМС с практически идеальной изоляцией элементов. В качестве материала для подложек может быть использован целый ряд веществ: искусственный сапфир А12О3, шпинель MgO-Al2O3 и окись бериллия ВеО.

Диодные структуры с применением метода ионной имплантации получают следующим образом. На кремниевых подложках, например, ориентации <111> р-ти-па (р««1 Ом-см) или га-типа (р~6 Ом-см) выращивают окисную пленку, которая после проведения фотолитографии служит маской при создании облученных участков нужной конфигурации. Для получения контактов

Наилучшей свариваемостью обладают пары Ag — Аи и Аи — Си, так как им присуща высокая взаимная диффузия. При сварке Аи и А1 взаимная диффузия приводит к образованию интерметаллических соединений (АиАЬ, Аи2А1, Аи$А1 и др.), некоторые из которых обладают хрупкостью или рыхлостью. Удовлетворительной сварки не удается достичь' на кремниевых подложках вследствие каталитического влияния кремния.

Наилучшей свариваемостью обладают пары Ag — Аи и Аи — Си, так как им присуща высокая взаимная диффузия. При сварке Аи и А1 взаимная диффузия приводит к образованию интерметаллических соединений (АиАЬ, Аи2А1, Аи$А1 и др.), некоторые из которых обладают хрупкостью или рыхлостью. Удовлетворительной сварки не удается достичь' на кремниевых подложках вследствие каталитического влияния кремния.

На 4.1.10 показана зависимость подвижности электронов от ширины запрещенной зоны. Подвижность измерялась с помощью изготовленного на основе a-Sii_xGex : Н тонкопленочного транзистора, включенного по схеме с изолированным затвором. Транзисторы изготовлены на кремниевых подложках с оксидным слоем или пленкой нитрида кремния толщиной 1000 А. Как можно видеть из 4.1.10, с увеличением содержания в пленках германия наблюдается слабое уменьшение подвижности.

На 6.3.8 приведены структуры изготовленных и исследованных приборов. Первые два выпрямляющих диода — КДМП (а) и БДШ (б) изготовлены с использованием р-слоя на и+-слое и и-слоя на и+-слое соответственно, выращенных эпитаксиально на кремниевых подложках. Прибор в представляет собой транзистор с вертикальной структурой. Для этого прибора использовались эпитаксиальные слои п ир + на кремниевой подложке. Такая структура, далее именуемая а-и-р-транзистор, предназначена для исследования инжекции дырок из аморфного сплава Si—Ge В и монокристаллический кремний и-типа на а-и-контакте.