Главная  Журналы 

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

При проектировании микросхем разработчик должен Зачитывать действие паразитных эффектов и принимать •соответствующие меры, чтобы их действие свести к ми-шимуму. Естественно, в определенных условиях четырех-слойная п+-р-п-р структура может образовывать составной активный элемент, состоящий из п-р-п п р-п-р транзисторов. Правда, при правильно выбранном режиме работы основного п-р-п транзистора паразитный р-п-р транзистор закрыт и практически не оказывает влияния на работу основного п-р-п транзистора.

В результате того, что паразитный р-п-р транзистор получается непроизвольно при изготовлении п-р-п транзисторов без дополнительных технологических операций, то р-п-р транзисторы с вертикальной инжекцией =(рис. 3.1,G, область /) находят применение в выходных каскадах АПИМ. Но более одного такого транзистора на кристалле изготовить нельзя, так как у всех дополнительных р-п-р транзисторов будет общий коллектор (рис. 3.1,а, области , III). В этой связи следует заметить, что такой технологический процесс без увеличения числа операций позволяет изготавливать дополнительные р-п-р транзисторы как с несколькими эмиттерами (рис. 3.1,а, область ), так и с одним эмиттером (рис. 3.1,а, область /).

Транзисторы р-п-р типа с вертикальной инжекцией можно изготовить и методом тройной диффузии (рис. 3.1,а, область /V). Транзисторная р-п-р структура, полученная с помощью тройной диффузии, - это прямое расщирение п+-р-п структуры с двойной диффузией. Дополнительная р-диффузия в этих транзисторах используется для образования эмиттера р-п-р транзистора. Изготовление рп-р транзисторов методом тройной диффузии помимо того, что требует дополнительных технологических операций, создает определенные технологические трудности, связанные с очень высокими поверхно-стными концентрациями [27, 31].

Достаточно эффективно согласуются при изготовлении п-р-п транзисторов р-п-р транзисторы с горизонтальной инжекцией (рис. 3.1,6, область V). Коллекторная и эмиттерная области горизонтальной структуры р-п-р транзистора создаются в процессе проведения базовой диффузии, а роль базы играет узкая полоска эпитаксиального слоя, заключенная между коллекторной и эмиттерной областями. Поскольку эффективная толщи-



на базы транзистора зависит от расстояния между вертикальными поверхностями коллектора и вмиттера, то желательно, чтобы коллектор и эмиттер были бы, насколько позволяет технологическое оборудование, ближе друг к другу. Так как коллектор и вмяттер транзистора создаются во время одного и того же диффузионного цикла, то допуск на расстояние между коллектором: и эмиттером определяется протяженностью горизонтальной диффузии под маскирующий слой двуокиси кремния или глубиной залегания коллекторного р-п перехода.

Заметим, что эмиттерная и коллекторная области горизонтального р-п-р транзистора относительно р-под-ложки образуют паразитные р-п-р транзисторы, которые оказывают влияние на работу основного р-п-р транзистора. Значительное улучшение работы горизонтальной структуры р-п-р транзистора наблюдается при использовании в нем скрытого п+-слоя и снижении концентрации примеси базовой диффузии.

Горизонтальной структурой р-п-р транзисторы сравнительно просто изготавливать как с несколькими коллекторами, так и с несколькими эмиттерами (рис. 3.1,6, область VI); основная проблема их изготовления связана с инжекцией, возникающей на дне эмиттера, которая уменьшает коэффициент передачи тока. Чтобы ин-жекция в горизонтальной структуре р-п-р транзистора возникала не на дне эмиттера, а у его стенок, используют ускоряющее электрическое поле- Оно создается путем добавления дополнительного базового контакта в р-п-р транзисторе и подключения напряжения смещения между двумя базовыми контактами. Хотелось бы: здесь отметить, что по принципу изготовления р-п-р транзисторов с горизонтальной структурой можно изготавливать и п-р-п транзисторы с горизонтальной структурой. Однако параметры горизонтальных п-р-п транзисторов значительно- уступают параметрам п-р-п транзисторов с вертикальной инжекцией. По этой причине п-р-п транзисторы с горизонтальной структурой в интегральных микросхемах почти не применяются.

Если в изолированной области, где например, реализована транзисторная п-р-п структура (рис. 3.1,а, область /), формировать не по одной, а по две базовые и эмиттерные области, то получается два п-р-п транзистора, у которых общим является коллектор. В АПИМ.



такая комбинация п-р-п транзисторов получила широкое распространение. Они, как правило, образуют составной транзистор, у которого оба коллектора соединены. В зарубежной печати такое соединение транзисторов часто назьшают схемой Дарлингтона (рис. 3.1,6, область УП). При инверсном включении этих двух п-р-п транзисторов роль эмиттера играет эпитаксиальная область и скрытый П+-СЛОЙ, а роль коллекторов - «+-области, полученные в процессе эмиттерной диффузии. Инверсное включение двух п-р-р транзисторов, реализованных в одной изолированной области, позволяет получить пару транзисторов с общим эмиттером, которые могут найти применение в простейших дифференциальных каскадах. Недостатком инверсного включения интегральных п-р-п транзисторов является невысокая эффективность эпи-таксиальной области, а также высокая концентрация примесей в коллекторных областях, полученных с помощью эмиттерной диффузии, снижающая напряжение пробоя [4, 5, 25, 31, 34, 42, 57. 68, 71-74, 79-82, 88-97].

Простой анализ составных активных элементов наглядно показывает, какие большие возможности для АПИМ открывают составпые активные структуры, которые реализуются в одной изолированной области (в одном «кармане»). Не останавливаясь на всем многообразии способов соединения двух транзисторов по составной схеме, необходимо заметить, что в АПИМ довольно часто встречаются составные транзисторы, когда вертикальные п-р-п и горизонтальные р-п-р транзисторы включаются по схеме OKi--оэ2, либо по схеме 03i-ок2, либо по другим схемам. Соединение двух п-р-п и р-п-р транзисторов позволяет значительно увеличить коэффициент передачи тока горизонтальной структуры р-п-р транзистора, сохранив при этом его характеристики и свойства, так необходимые для различных схемотехнических решений (динамических нагрузок, двухтактных каскадов, гираторов и других устройств).

Все рассмотренные транзисторные структуры изготавливались по планарному методу, когда элементы изолируются друг от друга в активной подложке с помощью обратно смещенных р-п переходов. Последовательность технологических операций при создании активных элементов с помощью планарного метода показана на рис. 3.2. Как уже отмечалось, для планарной технологии характерны паразитные эффекты, которые зачастую оказывают нежелатель-





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