ИНТЕГРАЛЬНАЯ МИКРОСХЕМА С ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ

Областью применения данной полезной модели является микроэлектроника, а именно - производство кремниевых интегральных схем с прп и рпр структурами с диэлектрической изоляцией.
Известны интегральные микросхемы с высококачественными npn и pnp структурами с диэлектрической изоляцией, содержащие npn транзисторы в n-коллекторном кармане, рnр транзисторы в р-коллекторном кармане, базы, эмиттеры, контакты к транзисторам и металлизацию, образующую межсоединения (см., например, книгу Аналоговые интегральные схемы: элементы, схемы, системы и применение. Под ред. Дж. Коннели, "Мир", 1977, с. 37-39.).
Однако создание этих интегральных микросхем требует проведения трудоемких и сложных технологических операций, таких, как травление, эпитаксиальное наращивание, прецизионное удаление кремния, выступающего над поверхностью маскирующей пленки, создание скрытой высоколегированной области р-типа. Особенности технологического процесса эпитаксии приводят к отклонению величины концентрации примесей р-типа проводимости от номинального значения. Пониженная концентрация приводит к возрастанию сопротивления р-области, а повышенная - к снижению пробивных напряжений формируемых р-n переходов рабочих структуру, что снижает выход годных изделий.
Наиболее близким к данной полезной модели является интегральная микросхема с диэлектрической изоляцией, содержащая npn транзисторы в n-коллекторном кармане, pnp транзисторы в р-коллекторном кармане, базы, эмиттеры, контакты к транзисторам и металлизацию, образующую межсоединения (см. патент США US 3818583 А, класс H01L 27/082, H01L 21/762, от 25.06.1974 г.).
Однако существенным недостатком данного аналога является то, что области с диэлектрической изоляцией из-за неточностей изготовления получаются разной толщины, что приводит к разбросу концентрации примеси р-типа как на поверхности области с диэлектрической изоляцией, так и в ее глубине. Поэтому после создания диэлектрической изоляции проводят контроль концентрации примеси р-типа. Если концентрация примеси р-типа в области с диэлектрической изоляцией меньше заданной, то, уменьшая толщину этой области, повышают концентрацию примеси до заданной величины. Если концентрация примеси в областях р-типа выше заданной, то пластина уходит в брак, что уменьшает выход годных изделий.
Техническим результатом данной полезной модели является повышение выхода годных изделий.
Указанный технический результат достигается тем, что в отличие от известных интегральных микросхем с диэлектрической изоляцией, содержащих npn транзисторы в n-коллекторном кармане, рпр транзисторы в р-коллекторном кармане, базы, эмиттеры, контакты к транзисторам и металлизацию, образующую межсоединения, в предлагаемой интегральной микросхеме с диэлектрической изоляцией р-коллекторный карман pnp транзистора сформирован методом имплантации и диффузии в n-кармане, а n-база pnp транзистора электрически соединена с n-карманом этого транзистора.
Предлагаемая интегральная микросхема с диэлектрической изоляцией реализуется на недорогих стандартных структурах с диэлектрической изоляцией (КСДИ) по ТУ 48-0513-94-88, у которой все диэлектрически изолированные карманы n-типа проводимости. Для реализации рпр транзистора применяется легирование коллекторного кармана методом ионной имплантации и диффузии в n-карман, что позволяет сформировать р-коллекторный карман недорогим способом с высокой точностью концентрации примеси в р-области. Однако полученная четырехслойная pnpn структура, на которой сформирован pnp транзистор склонна к эффекту защелкивания (тиристорному эффекту), поэтому база электрически соединена с n-карманом этого транзистора. Экспериментально установлено, что при таком подключении n-базы pnp транзистора тиристорный эффект исключается, коллекторное сопротивление транзистора уменьшается и нет эффекта генерации на транзисторе. Это повышает выход годных изделий.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется фигурами.
На фиг. 1 приведен разрез предлагаемой интегральной микросхемы с диэлектрической изоляцией, на фиг. 2 приведена выходная вольт-амперная характеристика (ВАХ) pnp транзистора с соединенными n-базой и n-карманом, на фиг. 3 приведена выходная ВАХ pnp транзистора с отключенным n-карманом, на фиг. 4 приведена выходная ВАХ pnp транзистора с соединенными р-эмиттером и n-карманом, на фиг. 5 приведена выходная ВАХ pnp транзистора с соединенными р-коллектором и n-карманом.
Позициями на фиг. 1-5 обозначены:
1 - поликристаллическая подложка;
2 - монокристаллический n-карман;
2
3 - диэлектрическая изоляция из SiO;
4 - сильнолегированный n-слой кармана (n+ слой);
5 - изолирующий окисел на рабочей стороне;
6 - коллекторный р-карман pnp транзистора;
7 - n-база pnp транзистора;
8 - р-база npn транзистора;
9 - р-эмиттер pnp транзистора;
10 - n-эмиттер npn транзистора;
11 - контактные окна к элементам микросхемы;
12 - металлизация;
13 - перемычка, соединяющая базу pnp транзистора с n-карманом этого транзистора
14 - эффект генерации на pnp транзисторе с отключенным n-карманом;
15 - тиристорный эффект на pnp транзисторе с электрически соединенными р-коллектором и n-карманом.
Предлагаемую микросхему изготавливают следующим образом.
2
В качестве исходного материала используют КСДИ, изготовленную по стандартной технологии с n-карманами (например, по ТУ 48-0513-94-88). В кремниевой поликристаллической подложке 1 сформированы монокристаллические n-карманы 2 из кремния ориентации (100) и удельным сопротивлением 4 Ом*см и диэлектрической изоляцией из SiO 3. Монокристаллические n-карманы 2 имеют сильнолегированный мышьяком n-слой кармана 4. Рабочая сторона КСДИ покрыта плоским изолирующим окислом 5.
2
Далее методом фотолитографии, имплантации ионов бора (доза (D)=3 мкКл/см, энергия (Е)=60 кэВ) и отжига при температуре 1200°C в течение 7 часов, сформирован р-карман коллектора pnp транзистора 6 глубиной 7 мкм. Поверхность р-кармана коллектора pnp транзистора 6 в результате термообработок, совмещенных с процессом окисления, покрыта слоем защитного окисла.
2
Затем в р-кармане формируют n-базу pnp транзистора 7 методом фотолитографии, имплантации ионов фосфора (D=6 мкКл/см, Е=60 кэВ) и отжига при температуре 1150°C в течение 2 часов глубиной 2,6 мкм. Поверхность n-базы pnp транзистора 7 в результате термообработок покрыта слоем защитного окисла.
2
Далее в n-кармане формируют р-базу npn транзистора 8 методом фотолитографии, имплантации ионов бора (D=20 мкКл/см, Е=40 кэВ) и отжига при температуре 1100°C в течение 1,5 часов и глубиной 2,2 мкм. Поверхность р-базы npn транзистора 8 в результате термообработок покрыта слоем защитного окисла.
2
Затем формируют р-эмиттер pnp транзистора 9 методом фотолитографии, имплантации ионов бора (D=150 мкКл/см, Е=40 кэВ) и отжига при температуре 1060°C в течение 80 минут и глубиной 1,2 мкм. Поверхность р-эмиттера pnp транзистора 9 в результате термообработок покрыта слоем защитного окисла. Одновременно с формированием р-эмиттера pnp транзистора формируют р+ контакты к его р-коллектору.
2
Далее формируют n-эмиттер прп транзистора 10 методом фотолитографии, имплантации ионов фосфора (D=1000 мкКл/см, Е=50 кэВ) и отжига при температуре 950°C в течение 20-30 минут и глубиной 1,2 мкм. Поверхность n-эмиттера npn транзистора 10 в результате термообработок покрыта слоем защитного окисла. Одновременно с формированием n-эмиттер npn транзистора формируют n+ контакты к n-базе pnp транзистора и n-карманам pnp и npn транзисторов
Затем в окисле вытравливают контактные окна 11 ко всем элементам микросхемы, наносят слой алюминия толщиной 1,8 мкм и проводят фотогравировку слоя металлизации 12, при этом и формируют соединение 13 n-базы pnp транзистора с n-карманом этого транзистора.
После термообработки омических контактов из алюминиевой металлизации 12 при 400°C в течение 15 минут получаются pnp и npn транзисторные структуры.
На фиг. 2 приведена выходная ВАХ pnp транзистора с соединенными n-базой и n-карманом, сформированного как описано выше. Ток базы для всех случаев, приведенных на ВАХ (фиг. 2-5) составляет 0,5 мкА/ступенька.
На фиг. 3 приведена выходная ВАХ pnp транзистора с отключенным n-карманом. Как видно из фигуры наблюдается эффект генерации 14 на некоторых участках выходной характеристики. При наличии генерации может произойти «защелкивание» (включение тиристорной pnpn структуры, в которой расположен pnp транзистор.)
На фиг. 4 приведена выходная ВАХ pnp транзистора с соединенными р-эмиттером и n-карманом. В этом случае транзистор имеет повышенное падение напряжения, что уменьшает КПД pnp транзистора.
На фиг. 5 приведена выходная ВАХ pnp транзистора с соединенными р-коллектором и n-карманом. В этом случае полностью сработала тиристорная pnpn структура, в которой расположен pnp транзистор. Транзисторная pnp структура в этом случае не управляема и не пригодна для применения.
Таким образом, за счет упрощения структуры изолированного кармана pnp транзистора повышается выход годных изделий, т.к. в предлагаемой структуре процесс ее изготовления полностью управляем.