[科普中国]-集电极扩散隔

集电极扩散隔离器——在把双极集成电路大规模集成化时的最大障碍是隔离，这种结构的目的是尽可能减少隔离所需的面积。集电极扩散隔离(CDI）的特点是把集电极的引出区同时也作为隔离区使用。

历史集电极扩散隔离(CDⅠ)技术是60年代由美国贝尔电话实验室的 Murphy及 Glinski1l提出来的。工艺技术的不断完善和改进衍生出多种集电极扩散隔离技术,满足了高密度集成的集成电路的发展要求。英国佛兰第公司于1972年底发表了用CDI工艺制作出的1024位RAM121。CDI工T艺70年代已趋成80年代广泛用于ULAS、单片A/D、16位用微处理器系列和高可靠TTL系列等产品中。

自六十年代双极型集成电路问世以来,隔离技术经历了几个主要发展阶段。即从六十年代的pn结隔离、七十年代的SO2发展到八十年代的源槽隔离。但是,国内早期研制,尤其是生产双极型集成电路,主要采用的是pn结隔离三种方法(SBC、CDI、3D)中的标准埋层集电极(SBC)结构。

与过去的晶体管相比几个不同点:1)过去的集电极是使用n型外延生长层,而CDI只是使用n+型扩散隐埋层。

2)基区层过去是在集电极n型外延层上做P型扩散形成的,而在CD结构中却是由P型外延层形。

3)过去是使P型杂质一直扩散到硅衬底上来进行隔离,而在CDI中却是把n型杂质一直扩散到n+隐埋层(即集电区),隔离与集电极引出是同时进行的。

集电极扩散隔离的工艺流程如下p“Si单晶衬底制备→埋层氧化→光刻→n’埋层扩散(R,=15~25Ω,x=35m)→外延(P型,m,=2~3μm,p=0.2Q·cm)→p’(硼)扩散(无掩蔽)→光刻→n(磷)集电极穿透扩散(R~69)→光刻③→发射极(磷)扩散→光刻→热处理→芯片中测,…

集电极扩散隔离技术特点1)由于消除了隔离扩散,而让它并用集电极引出扩散区,所以减小了面积,提高了集成度。

2)可以简化工艺,即可以省去隔离扩散工艺。

3)由于没有高电阻率的集电区,所以降低了集电极串联电阻,由于没有存储效应,所以缩短了开关时间。

4)反向β(把集电区作为发射区,发射区看作集电区时)值大。

5)基极与集电极之间的耐压低。

以3)和1)两点在设计电路时必须充分注意。

在实际运用中,是在P型外延层上进一步增加一层P+型扩散层做为基区层,这除了住构成电阻时用它来调整方块电阻以外,还具有防止表面反转为N型,在基区内发生内电场、以及防止从发射极的侧面注入载流子等作用。

本词条内容贡献者为:

李航 - 副教授 - 西南大学