Главная Движение носителей электрических зарядов



менты выполнены так же, как и у полупроводниковых ИМС, а пассивные - как у пленочных ИМС. При этом пассивные элементы выполняют на предварительно изолированной части той же подложки, что ы активные элементы. Все ИМС помещают в герггетичный корпус.

Функциональную сложность ИМС характеризуют степенью интеграции - числом содержащихся в ней элементов и компонентов. Количественную оценку степеш интеграции производят по коэффициенту К = Ig N, где N - число элементов и компонентов схемы (табл. 17.2).

Таблица 17.2

Степень интеграции

Значение к

Число элементов

Название ИМС

< 1

До 10 включительно

Простая

1 < А:< 2

11-100

Средняя (СИС)

2<к<4

101-10000

Большая (БИС)

> 4

> 10000

Сверхбольшая (СБИС)

Примером простых ИМС могут служить логические элементы. Средние ИМС - это сумматоры, счетчики, оперативные запоминающие устройства (ОЗУ), постоянные запоминающие устройства (ПЗУ) емкостью 256-1024 бит. Большие ИМС (БИС) - это арифметико-логические и управляющие устройства. Со второй половины 70-х годов разрабатывают ИМС 4-5-й степени интеграции с числом элементов N = 10*- 10 и минимальными размерами элементов 1,0-0,1 мкм (СБИС).

В качестве характеристики ИМС используют также плотность упаковки элементов - количество элементов (чаще всего транзисторов) на единицу площади кристалла. В настоящее время плотность упаковки ИМС составляет 500-1000 элементов/мм и более.

Элементы ИМС. Все элементы полупроводниковых ИМС выполняют на поверхности и в объеме полупроводникового кристалла. Каждому из них соответствует определенная область полупроводникового материала, свойства и характеристики которой соответствуют свойствам и характеристикам дискретных элементов - диодов, транзисторов, резисторов, конденсаторов и др. Эти области изолируют друг от друга либо путем создания обратносмещенных р-и-переходов, либо диэлектриками. Все элементы соединяют в соответствии с электрической схемой. Межсоединения или выполняют путем напыления металла на поверхность полупроводника, или создают высоколегированные полупроводниковые полоски (металлизация). Межсоединения называют также металлической разводкой. Основным материалом для межсоединений служит алюминий.

В основе конструкций ИМС лежит транзисторная структура, все активные и пассивные элементы реализуются с ее помощью. Базовыми элементами являются биполярные и МДП-транзисторы.



Биполярные транзисторы. В ИМС используют обе структуры биполярных транзисторов: п~р-п и р-п-р. Наиболее часто применяют транзистор к-р-п-типа. Технология таких ИМС разрабатывается в расчете на то, чтобы обеспечить оптимальные параметры транзисторов, остальные элементы ИМС (транзисторы р-к-р-типа, диоды, резисторы и др.) создаются ка основе структурных слоев транзисторов п-р-п-типа.

Многоэмиттерные транзисторы. Помимо биполярных транзисторов, соответствующих дискретным транзисторам, в микроэлектронике применяют разновидности транзисторов, не имеющие аналогов в дискретном исполнении. Многоэмиттернью транзисторы (МЭТ) являются одним из таких видов. Они имеют (рис. 17.35, а) один коллектор К и несколько (до 8 и более) эмиттеров Э1, 32, ЭЗ, объединенных одним общим базовым слоем Б.

Эмиттеры представляют собой высоколегированные к -слои малых размеров, под эмиттерными переходами расположен общий базовый р-слой. Коллектором является эпитаксиальный п-слой, нанесенный на подложку «"""-типа {эштаксиальным называют тонкий рабочий слой однородного полупроводника, наращиваемый на сравнительно толстую подложку). В общем случае МЭТ можно рассматривать как советсупность отдельных транзисторов с соединенными базами и коллекторами (рис. 17.35, б, е). МЭТ в ИМС используются для создания схем транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ).

Многоколлекторные транзисторы. Структура многоколлекторного транзистора (MKT) (рис. 17.36, а) такая же, как и структура МЭТ, но используется она иначе. Здесь роль эмиттера выполняет эпитаксиальный п-слой, а коллекторами являются высоколегированные п"-слои малых размеров. Поэтому MKT можно рассматривать как МЭТ в инверсном режиме (рис. 17.36, б, е). Исходя из такого использования структуры, необходимо увеличивать коэффициент инжекции эмиттера. С этой целью подложку п"-типа располагают по возможности ближе к базовому слою. Будучи высоколегированной, она обеспечивает увеличение коэффициента инжекции.

MKT используют для создания логических схем с инжекционным Ш1танием, называемых схемами ИЛ (интегральная инжекционная логика). Такие схемы нельзя вьшолнить на дискретных элементах. В

Б к/ кг КЗ Э


31 зг 33 г-



Лл/ КС пз IjLl



Kl К2 Б

кг К1

п \

Рис. 17.37

общем случае схемы ИЛ состоят из нескольких многоколлекторных п-р-п-транзисторов и много-коллекторного р-п-р-транзистора, выполняющего функции источника питания многоколлегсгорных транзисторов и называем(хо инжекторным. Эмиттер инжекторного транзистора называют инжектором и обозначают И.

Схема из двух MKT и одного двухколлекторного инжекторного, транзистора показана на рис. 17.37, а. На рис. 17.37, б представлена структура этой схемы (ИЛ). Эпитаксиальный п-слой (вместе с подложкой п-типа) является эмиттером всех и-р-п-транзисто-

ров, базой каждого MKT является свой р-слой, а коллектором - малые к -слои. Инжекторный р-п-р-транзистор имеет отдельно выполненный в виде длинной р-полоски ршжектор, его базой служит эпитаксиальный и-слой, а коллекторами - базовые р-слои многоколлекторных и-р-п-тран-зисторов. Таким образом, в схеме один и тот же слой вьшолняет две функции: является базой р-гг-р-транзистора и коллектором п-р-гг-тран-зистора, эмиттер п-р-и-транзистора является базой р-п-р-транзистора.

Полевые МЦП-транзисторы. В ИМС в основном применяют МДП-транзисторы с изолированным затвором и индуцированным каналом. В качестве диэлектрика обычно используют SiOj, тогда эти транзисторы называют МОП-транзисторами. Канал транзисторов может быть и р-, и п-типа. По сравнению с ИМС на биполярных транзисторах ИМС на МОП-транзисторах технологически проще, так как при этом не требуется изоляции элементов: истоки и стоки смежных транзисторов разделены встречно включенными р-п-переходами. Поэтому МДП-транзисторы можно располагать близко друг к другу, что обеспечивает большую плотность компоновки. МДП-транзисторы можно использовать и в качестве пассивных элементов ИМС, а также нагрузочных резисторов (при соответствующем включении). Все это позволяет создавать логические ИМС полностью на базе только МДП-структур.

Диоды. Для создания диода нужно сформировать один р-п-переход. Но в биполярных ИМС основной структурой является транзисторная, поэтому диоды получают путем диодного включения транзисторов. Возможны пять вариантов таких включений (рис. 1738). На рисунке обозначены подложки П, пунктиром показаны паразитные емкости, барьерные Сэбар и Ск.бар между соотвстствующими р-п-переходами, а также между коллектором и подложкой Сп- В первом варианте (а) используется р-и-переход эмиттер - база, р-п-переход коллегстор - база замкнут; во втором варианте (б) используется р-и-переход коллектор - база, а эмиттер разомкнут; в третьем варианте (в) используется р-п-переход коллектор - база, а р-п-переход эмиттер - база замкнут; в чет-



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


0.061