23.XII.1968 Stany Zjednoczone Ameryki Opublikowano: 1.YIII.1973 68473 KI. 21g,H/02 MKP H011 19/00 llIlUOTEKA] Wlasciciel patentu: Western Electric Company Incorporated, Nowy Jork (Stany Zjednoczone Ameryki) Pólprzewodnikowy obwód scalony Przedmiotem wynalazku jest pólprzewodnikowy obwód scalony zawierajacy monolityczna pólprze- wodzaca plytke, pewna ilosc elementów funkcjo¬ nalnych w tej plytce i srodki izolacji elektrycznie odizolowujace przynajmniej jeden z elementów funkcjonalnych.W dziedzinie pólprzewodnikowych obwodów sca¬ lonych, funkcje róznych czynnych i/lub biernych elementów elektronicznych takich jak tranzystory, diody, oporniki i kondensatory, sa uzyskiwane na powierzchni lub wewnatrz korpusu materialu pól¬ przewodnikowego. Zasadniczym w tej dziedzinie zagadnieniem jest potrzeba uzyskania jakiejs formy izolacji elektrycznej pomiedzy pewnymi funkcjo¬ nalnymi elementami elektronicznymi obwodu.Dotychczas proponowano róznorodne techniki uzyskiwania izolacji elektrycznej pomiedzy elektro¬ nicznymi elementami wewnatrz korpusu. W jednej z szeroko przyjetych technik stosuje sie pomiedzy elementami funkcjonalnymi pare diod w szerego¬ wym polaczeniu przeciwstawnym. Pary diod sa usytuowane tak, ze przynajmniej jedno z ich zla¬ czy jest w danym czasie spolaryzowane zaporowo^ stanowiac w ten sposób miedzy elementami funk¬ cjonalnymi przejscie o duzej impedancji. Wytwa¬ rzanie takich obwodów zawieralo co najmniej je¬ den, a czesto dwa, oddzielne etapy selektywnej dy¬ fuzji w stanie stalym, w celu uformowania diod w polaczeniu przeciwstawnym. Zagadnienie polega 10 15 20 30 na tym, ze kazdy etap wytwarzania sklada sie na ogólny koszt wyprodukowania obwodu.Inna charakterystyczna dla takich obwodów nie¬ dogodnoscia jest to, ze izolacja elektryczna nie jest calkowita, to jest, pomiedzy elementami funkcjo¬ nalnymi czesto zawarte jest jakies niepozadane sprzezenie pojemnosciowe poprzez wewnetrzna po* jemnosc zlacza p-n diod w polaczeniu przeciw¬ stawnym.Celem wynalazku jest wyeliminowanie niedogod¬ nosci oraz wad znanych rozwiazan. Cel ten zostal osiagniety przez zastosowanie srodków izolacji, któ¬ re zawieraja pare zlaczy p-n rozciagajacych sie w zasadzie równolegle do powierzchni plytki oraz zawieraja przynajmniej jedna epitaksjalna cienka warstwe typu p lub n, posiadajaca co najmniej jed¬ no metaliczne doprowadzenie do elektrod, wypro¬ wadzone z elementu funkcjonalnego i nakladajace sie na jeden z obszarów w celu wytworzenia ob¬ szaru zubozenia rozciagajacego sie podczas pobu¬ dzania przez epitaksjalna warstwe.Struktura obwodu scalonego wedlug wynalazku wymaga zmniejszonej ilosci etapów wytwarzania i ma male sprzezenie pojemnosciowe pomiedzy sa¬ siednimi elementami funkcjonalnymi.W pierwszym przykladzie rozwiazania obszary baz sa ograniczone bocznie przez selektywne gle¬ bokie obszary kontaktowe usytuowane w nieselek- tywnej warstwie bazy. Izolacja poprzez wywolany efekt pola jest dostarczana przez pierscieniowaty 68 473"¦^ '. ¦' - -, ,3 ¦¦•¦ ¦ -'¦*¦¦¦¦ zlaczowy tranzystor z efektem pola. Izolujace, zla- czowe tranzystory z efektem pola zawieraja kanal o przewodnictwie pierwszego typu umieszczony po¬ miedzy zlaczami p-n i tworzacy, te zlacza z maja¬ cymi odmienny typ przewodnictwa, obszarem po¬ wierzchniowym i podlozem. Przy odpowiedniej za¬ porowej polaryzacji zlaczy p-n kanal jest calkowi¬ cie oprózniony ze swobodnych nosników ladunku, to jest calkowicie odciety, przedstawiajac zatem dla poprzedniego przeplywu pradu przez niego du¬ za impedancje i tym samym tworzac elektryczna izolacje. ,¦ • W drugim przykladzie rozwiazania, obwód sca¬ lony izolowany poprzez efekt pola jest wytwarza¬ ny w procesie, który wymaga tylko co najwyzej trzech operacji maskowania i dwu selektywnych dyfuzji oraz zawiera etap wytwarzania pierwszej warstwy metalicznej jako doprowadzenie do elek¬ trod. Na glównej wygladzonej powierzchni podloza t) drugim typie przewodnictwa formowana jest' sto¬ sunkowo cienka warstwa o pierwszym typie prze¬ wodnictwa. W pierwszej operacji maskowania i dy¬ fuzji utworzony zostaje pierwszy wzór obszarów o drugim typie przewodnictwa, przylegly do po¬ wierzchni warstwy. Niektóre z tych obszarów sta¬ nowia obszary oporników lub obszary baz tranzy¬ storów dwuzlaczowych, a przynajmniej jeden z "tych obszarów ma konfiguracje pierscieniowata i otacza co najmniej jeden z innych obszarów. W drugiej operacji maskowania i dyfuzji utworzony zostaje drugi wTzór obszarów o pierwszym typie przewodr nictwa tworzac obszary emiterowe i obszary kon¬ taktów kolektorowych. W trzeciej operacji masko¬ wania utworzone zostaja w pasywacyjnej warstwie powierzchniowej okienka kontaktowe, a w czwartej operacji maskowania utworzona zostaje pierwsza warstwa metaliczna doprowadzenia do elektrod.Podczas pracy elementy funkcjonalne sa dola¬ czone do pierscieniowatych obszarów otaczajacych w ten sposób, ze zlacze uformowane miedzy nimi a warstwa jest spolaryzowane zaporowo do takiego stopnia, ze czesci warstwy znajdujace sie pod spo¬ dem pierscieniowatych obszarów sa opróznione ze swobodnych nosników ladunku. W ten sposób zre¬ alizowana jest izolacja.Nalezy zauwazyc, ze w kontekscie opisu niniej¬ szego wynalazku, znaczenie slowa „pierscieniowy" i „pierscieniowaty" nie moze byc ograniczone do geometrii kolowej ale obejmuje tez struktury two¬ rzone przez wielorakie odcinki linii prostych.W trzecim przykladzie rozwiazania, opisanym bardziej szczególowo ponizej, izolacja poprzez efekt pola jest uzyskiwana w procesie wytwarzania, któ¬ ry wymaga tylko najwyzej trzech operacji masko¬ wania li jednej selektywnej dyfuzji oraz zawiera etap nanoszenia pierwszej warstwy jako metalicz¬ nej doprowadzenia do elektrod.W trzecim przykladzie rozwiazania, izolowany poprzez efekt pola dwuzlaczowy tranzystor jest for¬ mowany w pólprzewodnikowej plytce, która zawie¬ ra pierwsza warstwe o pierwszym typie przewod¬ nictwa. Druga warstwa, której przewazajaca czesc jest o drugim typie przewodnictwa, lezy na pierw¬ szej warstwie i tworzy z nia zlacze p-n. Druga warstwa zawiera wzór obszarów o pierwszym ty- 4*3!. H ./-i *'¦¦¦:.U \ - ' ¦: < pie przewodnictwa, które Rozciagaja v sie . od por wierzchni tej warstwy do pewnej glebokosci w niej.Ten wzór obszarów w drugiej warstwie zawiera obszar emitera. i pierscieniowaty obszar kontaktu 5 kolektorowego, który otacza, ale nie pokrywa sie z obszarem emitera. Pierscieniowaty obszar kontak¬ tu kolektorowego ogranicza boczny zasieg obszaru . bazy, który obejmuje czesc drugiej warstwy za¬ warta pomiedzy obszarem emitera a obszarem 10 kontaktu kolektorowego. Elektrody sa przylaczone do obszaru emitera, obszaru bazy i obszaru kon¬ taktu kolektora, a dodatkowo do drugiego obszaru otaczajacego pierscieniowy obszar przylozona jest elektroda izolacji, lezaca na zewnatrz pierscienio- 15 watego obszaru i oddalona od/ niego. - Podczas pracy, napiecie jest przylozone przez me¬ taliczne doprowadzenie do czesci drugiej warstwy, lezacych na zewnatrz pierscieniowatego obszaru kolektora. Napiecie to jest takie, ze zlacze p-n pb- 20 miedzy pierwsza a druga warstwa jest spolaryzo¬ wane zaporowo do takiego stopnia, ze czesc pierw¬ szej warstwy polozona jest pod spodem doprowa¬ dzenia do elektrody i jest calkowicie pozbawiona swobodnych nosników ladunku co zapewnia izo- 25 lacje.Poniewaz szerokosc obszarów zubozenia w ladun¬ ki przestrzenne w elementach izolacji poprzez efekt pola jest na ogól wieksza niz szerokosc obszarów zubozenia w ladunki przestrzenne w konwencjonal- 30 nych ukladach izolowanych zlaczem p-n urzadzenia : wytwarzane zgodnie z opisanymi powyzej przykla¬ dami wykazuja jedynie mala wartosc sprzezen po¬ jemnosciowych pomiedzy elementami funkcjonal¬ nymi. 35 Rózne inne elementy funkcjonalne, na przyklad diody, oporniki i kondensatory, równiez moga byc izolowane w wymieniony wyzej sposób. Element, który ma byc izolowany jest otoczony przez tran¬ zystor z efektem pola, którego kanal moze byc 40 przerywany w celu uzyskania izolacji elektrycznej.Wynalazek jest przykladowo wyjasniony na ry¬ sunku, na którym fig. 1 przedstawia dwuzlaczowy tranzystor o izolacji wytwarzanej przez efekt pola wedlug pierwszego przykladu wykonania w wido- 45 ku z góry, fig. 2—5 przedstawiaja obwód z fig. 1, w przekroju poprzecznym, ilustrujac kolejne eta¬ py wytwarzania ukladu wedlug pierwszego przy¬ kladu rozwiazania wynalazku, fig. 6 przedstawia tranzystor z fig. 1 w przekroju poprzecznym, fig. 7 50 przedstawia dwuzlaczowy tranzystor o izolacji wy¬ wolanej przez efekt pola wedlug drugiego przykla¬ du wykonania wynalazku w widoku z góry, fig. 8—-11 przedstawiaja obwód z fig. 7 w przekroju poprzecznym, ilustrujac kolejne etapy wytwarzania 55 ukladu wedlug drugiego przykladu rozwiazania wynalazku, fig. 12 przedstawia obwód z fig. 7 w przekroju poprzecznym z napieciem polaryzacji przylozonym do elementu izolacji wywolanej przez efekt pola, fig. 13 przedstawia dwuzlaczowy tranzy- 60 stor izolowany przez efekt pola i czesci sasiednich podobnych tranzystorów wedlug trzeciego przykla¬ du rozwiazania wynalazku w widoku z góry, fig. 14—17 przedstawiaja obwód z fig. 13 w przekroju poprzecznym ilustrujac kolejne etapy wytwarzania 65 wedlug trzeciego przykladu rozwiazania wynalaz-68 473 ku, fig. 18 przedstawia obwód z fig. 13 w przekro¬ ju poprzecznym z liniami przerywanymi wskazuja¬ cymi granice istotnych obszarów zubozenia bez przylozonych napiec zewnetrznych, a fig. 19 przed¬ stawia obwód z fig. 13 w przekroju poprzecznym z liniami przerywanymi wskazujacymi granice ob¬ szarów istotnego zubozenia wystepujacych przy za¬ porowym spolaryzowaniu elementu izolacji wywo¬ lanej przez efekt pola i przy napieciu polaryzacji przylozonym do elektrod kolektora.Fig. 1 przedstawia schematycznie typowy izolo¬ wany efektem pola tranzystor 21 wedlug pierwsze¬ go przykladu rozwiazania wynalazku. Linia ciagla oznaczono metalizowane elektrody, które zapew¬ niaja elektryczny kontakt do obszarów tranzystora i do elementów izolacji poprzez efekt pola. Liniami przerywanymi oznaczono usytuowanie zlaczy p-n pod powierzchnia pasywacyjnej warstwy dielektry¬ ka, na przyklad tlenku który pokrywa obszary pólprzewodnika oprócz miejsc, gdzie elektrody sa elektrycznie zlaczone z wymienionymi obszarami pólprzewodnika. Tak wiec, linia przerywana wska¬ zuje granice róznych obszarów pólprzewodzacych, które skladaja sie na tranzystory.Tranzystor 21 zawiera prostokatny obszar emite¬ ra wewnatrz przerywanej linii 22, w którym znaj¬ duje sie metaliczna elektroda 23, obszar bazy we¬ wnatrz przerywanej linii 24, skontaktowany elek¬ trycznie przez metaliczna elektrode 25 oraz pier- scieniowaty obszar kolektora ograniczony liniami przerywanymi 24 i 26, elektrycznie skontaktowany metalicznymi elektrodami 27 i 28. Metaliczne do¬ prowadzenia elektrod 29 i 30 tworza elektryczny kontakt z materialem pólprzewodzacym otaczaja¬ cym pierscieniowaty obszar kolektora, w celu umo¬ zliwienia izolowania poprzez efekt polaf Fig. 2—5 przedstawiaja plytke z fig. 1 w prze¬ kroju poprzecznym, obrazujac kolejne etapy wy¬ twarzania obwodów wedlug pierwszego przykladu rozwiazania.Jak pokazano na fig. 2, wytwarzanie zaczyna sie od monokrystalicznego pólprzewodnikowego podlo¬ za 41, które moze byc czescia plytki krzemowej ty¬ pu p, wytworzonej przez domieszkowanie borem, w celu otrzymania zasadniczo jednolitej rezystyw- nosci okolo 10 /cm. Podloze 41 zazwyczaj ma gru¬ bosc od kilku do kilkuset mikrometrów i jest przy¬ gotowywane do dalszej obróbki przez mechaniczne polerowanie lub przez trawienie, które sa po¬ wszechnie znane w technice.W nastepnym etapie formuje sie — wdyfundo- wany obszar 42 kolektora typu n+ na drodze pro¬ cesu selektywnego, takiego jak dyfuzja lub wszcze¬ pianie jonów przez odpowiednia maske. Po ufor¬ mowaniu obszaru 42, na powierzchni podloza 41 formowana jest, na drodze procesów osadzania do¬ brze znanych w technice, epitaksjalna warstwa 43 typu n. Do celów niniejszego wynalazku, grubosc warstwy 43 bedzie zazwyczaj mniejsza niz okolo 2 /urn, a w konkretnym przykladzie wynosi okolo 1 urn, przy czym warstwa ta domieszkowana jest, w celu uzyskania zasadniczo jednolitej rezystyw- nosci okolo 0,1 /cm, antymonem. Poniewaz proces epitaksjalnego wzrostu wymaga obróbki cieplnej, moze nastapic czesciowo oddyfundowanie z obsza¬ ru 42 do warstwy 43. Fakt ten tlumaczy wyrazna niejednolitosc grubosci warstwy 43, jak tp pokaza¬ no na fig. 2.Nastepnie,; jak to pokazano na fig. 3 formowany 5 jest za pomoca- selektywnego prox?e^u/takiego1 tlaJ| dyfuzja lub wszczepianie jonów przez maske, pierT scieniowy obszar 44 zaglebionego kontaktu typu n+, siegajacy co najmniej do czesci glebokosci epi-f taksjalnej warstwy 43. Przy grubosci epitaksjalnej 10 warstwy 1 /^m, obszar 44 zazwyczaj powinien byc dyfundowany do poczatkowej glebokosci okolo 0,6 ^m. Dalsza dyfuzja nastapi nieuchronnie pod¬ czas nastepnych obróbek termicznych. Oczywiscie obszar 44 moze byc dyfundowany przez cala warsfc? 15 we 43 az do fizycznego polaczenia z zaglebionym obszarem 42. Jednakze moze to wymagac dluzsze¬ go czasu trwania dyfuzji i nie jest niezbedne przy wiekszosci zastosowan, poniewaz glówna korzyscia z glebszej dyfuzji jest jedynie bardzo maly pro- 20 centowo wzrost rezystancji szeregowej kolektora.Nastepnie jak pokazano na fig. 4, wykonana jest nieselektywna dyfuzja typu p bazy w cala po¬ wierzchnie epitaksjalnej warstwy 43, w celu utwo¬ rzenia obszaru 45 bazy typu p i obszaru 46 typu p 25 dookola pierscieniowego obszaru kolektora. Ta nia- selektywna dyfuzja typu p jest korzystnie tak re¬ gulowana, ze uzyskana koncentracja domieszek jest dostatecznie niska, by uniknac zamiany przewod¬ nictwa obszaru 44 na typ p lub samoistne pólprze* 30 wodnictwo i zazwyczaj moze byc przeprowadzana do glebokosci okolo 0,5 ^m. Ten nieselektywn^ proces typu p moze byc oczywiscie równie dobrze przeprowadzony na drodze wszczepiania jonów.Jak pokazano na fig. 5, ostateczna selektywna 35 dyfuzja formuje obszar 47 emitera typu n+. Dyfu-* zja ta zazwyczaj polega na domieszkowaniu fosfo-t ru, w celu wytworzenia koncentracji powierzchniom wej wiekszej niz okolo 1020 atomów fosforu na cen¬ tymetr szescienny. Do formowania obszaru emitera 40 moze byc oczywiscie zastosowane równiez selek¬ tywne wszczepianie jonów. Zwazywszy, ze formo¬ wanie emitera tak czy inaczej zawiera proces se¬ lektywny, przy zaledwie nieznacznym wzroscie stopnia zlozonosci procesu, mozna jednoczesnie; 45 wprowadzic dodatkowe domieszki typu n do czesci powierzchniowej obszarów 44 zaglebionego kontak¬ tu, w celu zniwelowania skutku nieselektywnej dy-r fuzji typu p do tych stref. Jest to korzystne w przy¬ padkach, gdy dazy sie do uzyskania jak najmniej-* 50 szej rezystancji szeregowej kolektora.Fig. 6 przedstawia otrzymana strukture z izolu¬ jaca warstwa 48 tlenku na powierzchni i metalicz¬ nymi kontaktami do stref krzemu, jak to opisano w wyjasnieniu do fig. 1. Nalezy zauwazyc, zc 55 oprócz ukladowych kontaktów do powierzchni czo¬ lowej plytki, do tylnej jej powierzchni przylozona jest metaliczna elektroda 31 dla umozliwienia bez¬ posredniego elektrycznego kontaktu z podlozem 41.Elektroda 31 jest zastosowana w celu umozliwienia 60 polaryzacji metalicznych doprowadzen do elektrody wywolujacej izolacje poprzez efekt pola. Elektroda 31 moze byc pominieta a takze moze byc uzyty rodzaj polaryzacji posredniej, opisany ponizej w omówieniu drugiego i trzeciego przykladu rozwia^ 65 zania.68 473 8 Jest oczywistym, ze dla zrealizowania elektrycz¬ nego kontaktu obszarów pólprzewodnikowych i dla zrealizowania polaczenia scalonych obszarów ele¬ mentów funkcjonalnych miedzy soba, w celu utwo¬ rzenia ukladu scalonego moga byc stosowane rózne rozwiazania.Nalezy zauwazyc, ze czesc warstwy 43 typu n, lezaca poza pierscieniowym obszarem 44 i usytuo¬ wana pomiedzy obszarem 46 typu p a podlozem 41 typu p, moze byc traktowana jako kanal zlaczowe- go tranzystora z efektem pola. Wskutek tego, gdy odpowiedni potencjal ujemny (—Vi) wzgledem warstwy 43 (V2), jest przylozony albo do obszaru 46 typu p albo do podloza 41 typu p lub do obu jednoczesnie, odpowiednio przez metaliczne dopro¬ wadzenie do elektrod 29, 30 i 31, obszary zuboze¬ nia w ladunek przestrzenny, od zaporowo spolary¬ zowanych zlaczy p-n, rozciagaja sie calkowicie przez warstwe 43, powodujac przerwanie kanalu.Gdy kanal jest przerwany, przedstawia on dla wzdluznego przeplywu pradu duza impedancje, przez co jest zrealizowana elektryczna izolacja po¬ miedzy dwoma sasiednimi elementami.Ponizsza uproszczona analiza wskazuje, ze ta for¬ ma izolacji jest ulatwiona przez zastosowanie sto¬ sunkowo cienkiej epitaksjalnej warstwy 43. Przy formowaniu epitaksjalnej warstwy typu n o grubo¬ sci 1 /im i rezystywnosci okolo 0,5 £?cm, koncen¬ tracja zjonizowanych domieszek wynosi w niej oko¬ lo 1,2 X1016 atomów na centymetr szescienny. Przy dyfuzji typu p, o koncentracji powierzchniowej oko¬ lo 5X1019 atomów na centymetr szescienny i prze¬ prowadzanej do glebokosci okolo 0,5 jum w epi¬ taksjalna warstwe, powstale zlacze p-n bedzie mia¬ lo przy spolaryzowaniu zaporowym napieciem okolo 3 V, calkowita grubosc warstwy zubozonej okolo 0,5 //m. Poniewaz wdyfundowany obszar typu p jest o wiele silniej domieszkowany niz warstwa epitaksjalna, grubosc zubozenia rozciaga sie prawie wylacznie do majacej wyzsza rezystywnosc czesci typu n. Tak wiec, przy zaporowym spolaryzowaniu obu zlaczy napieciem 3 V, zlaczowy tranzystor z efektem pola bedzie odciety i bedzie stanowil skuteczna izolacje zanim któres z przyleglych zla¬ czy p-n nie ulegnie przebiciu lawinowemu.W drugim przykladzie rozwiazania niniejszego wynalazku, zilustrowanym na fig. 7—12, obwód scalony o izolacji poprzez efekt pola jest otrzymy¬ wany w procesie wytwarzania, który wymaga mniej operacji maskowania i selektywnych dyfu¬ zji, niz w pierwszym przykladzie rozwiazania. Fig. 7 przedstawia dwuzlaczowy tranzystor 121 izolo¬ wany poprzez efekt pola wedlug drugiego przykla¬ du rozwiazania. Jak w przykladzie pierwszym linia ciagla wskazuje granice metalizowanych elektrod a linie przerywane obrazuja usytuowanie zlaczy p-n pod spodem powierzchni plytki.Tranzystor 121 zawiera obszar emitera ograniczo¬ ny przerywana linia 122, w którym znajduje sie metaliczna elektroda 123, obszar bazy zawarty we¬ wnatrz przerywanej linii 124 z metaliczna elektro¬ da 125 oraz obszar kontaktu kolektora, zawarty wewnatrz przerywanej linii 127 z metaliczna elek¬ troda 128. Obszar kolektora jest faktycznie ogra¬ niczony do ksztaltu zawartego wewnatrz przery¬ wanej linii 126. Pierscieniowy wdyfundowany ob¬ szar zawarty jest pomiedzy wzorami utworzonymi przez przerywane linie 126 i 131 i otacza obszary emitera, bazy i kontaktu kolektora, stanowiac czesc 5 elementu izolacji wytworzonego poprzez efekt pola.Metaliczne doprowadzenia do elektrod 129 i 130 za¬ bezpieczaja kontakt elektryczny do powierzchnio¬ wej czesci elementu izolacji.Jak pokazano na fig. 8, wytwarzanie zaczyna sie io od monokrystalicznego pólprzewodzacego podloza 141, które moze stanowic czesc plytki krzemowej typu p. wytworzonego przez domieszkowanie bo¬ rem, w celu otrzymania zasadniczo jednolitej re¬ zystywnosci okolo 10 £?cm. Jak w omówionym wy- 15 zej przykladzie rozwiazania, podloze 141 zazwyczaj ma grubosc od kilku do kilkuset mikrometrów i jest przygotowywane do dalszego procesu przez mechaniczne scieranie i polerowanie lub przez tra¬ wienie. 20 W nastepnym etapie, na glównej plaszczyznie podloza 141 formowana jest warstwa 142 typu n o odpowiednio mniejszej rezystywnosci. Warstwa 142 typu n moze byc formowana na drodze nie- selektywnej dyfuzji domieszek donorowych w cala 25 powierzchnie podloza 141, za pomoca dobrze zna¬ nej techniki wzrostu epitaksjalnego, wszczepiania jonów lub innego znanego procesu, w celu zmie¬ nienia typu przewodnictwa materialu pólprzewo¬ dzacego. Rezystywnosc i grubosc warstwy 142 ma- 30 ja byc rózne, w zaleznosci od zastosowania, ale za¬ zwyczaj rezystywnosc wynosi okolo 0,5 Dcm, a gru¬ bosc okolo 2 ^m.Jak pokazano na fig. 9, nastepny etap wymaga operacji maskowania dla umozliwienia selektywne- 35 go formowania obszaru 143 bazy typu p i obszaru 144 izolacji typu p. Te obszary typu p moga byc tworzone przez selektywna dyfuzje domieszek bo¬ ru poprzez maske 145 z tlenku krzemu, zazwyczaj do koncowej glebokosci okolo 1 ^m w warstwe 142 40 i do uzyskania powierzchniowej koncentracji wiek¬ szej niz okolo 1018 atomów boru na centymetr szes¬ cienny. Obszary 143 i 144 moga byc równiez formo¬ wane przez selektywne wszczepianie jonów, przy czym maska 145 powinna byc dobrana tak, by sta- 45 nowila dostateczna bariere dla uderzajacych jonów.Do wykonania imaski moze byc uzyta, na przyklad, warstwa metalu takiego jak zloto lub platyna o grubosci 0,3 do 1 /^m.Jak pokazano na fig. 10, nastepny etap zawiera 50 operacje maskowania, co ma na celu umozliwienie selektywnego tworzenia obszaru 146 emitera typu n i obszaru 147 kolektorowego kontaktu. Jak poka¬ zano, emiterowy obszar 146 jest zaglebiony w ob¬ szarze 143 bazy. Obszar 147 kolektorowego kontak- 55 tu usytuowany pomiedzy obszarem 144 izolacji a obszarem 143 bazy jest tworzony w sasiedztwie powierzchni warstwy 142 aby umozliwic dalsze formowanie na niej metalicznego kontaktu o malej rezystancji. Jak przy wyzej wspomnianym selek- 60 tywnym formowaniu obszaru, obszary 146 i 147 ty¬ pu n moga byc formowane przez dyfuzje w stanie stalym poprzez tlenkowa maske 148 lub za pomoca innych procesów, zblizonych do wyzej opisanych.Jezeli obszary 146 i 147 sa formowane na drodze 65 dyfuzji w stanie stalym domieszek donorowych, ta-68473 9 10 kich jak fosfor, zazwyczaj glebokosc wynosi okolo 0,7 /im a koncentracja powierzchniowa wynosi oko¬ lo 1020 atomów na centymetr szescienny lub wie¬ cej. Jak pokazano na fig. 11, ostatnim etapem jest pokrycie obwodu pasywacyjna, izolujaca warstwa 151 i formowanie metalicznych doprowadzen do elektrod 129 i 130 i elektrod 123, 125, 128 o malej rezystancji do obszarów funkcjonalnych. Pasywa¬ cyjna warstwa moze byc takiego typu jak opisana ponizej w objasnieniu do trzeciego przykladu roz¬ wiazania. Podobnie jak w poprzednim przykladzie rozwiazania metaliczne elektrody moga byc wytwa¬ rzane za pomoca procesów dobrze znanych w tech¬ nice.Jak dobrze wiadomo, obszar zubozenia w ladu¬ nek przestrzenny jest zwiazany z kazdym zlaczem p-n, nawet gdy do tego zlacza nie jest przylozone napiecie zewnetrzne. Zgodnie z zasada niniejszego wynalazku, fig. 12 ilustruje zastosowanie obszaru zubozenia zwiazanego ze zlaczem 152, uformowa¬ nym pomiedzy obszarem 144 izolacji a warstwa 142, w celu utworzenia izolacji dla dwuzlaczowego tranzystora 121.Na fig. 12 pokazano, ze pierwsze napiecie Vi jest przylozone do elektrody 125 bazy, a drugie napie¬ cie V2 jest przylozone do metalicznych doprowa¬ dzen do elektrod 129 i 130. Jezeli napiecie V2 jest dostatecznie ujemne wzgledem napiecia Vi, zlacze 152 jest spolaryzowane zaporowo a gdy wartosc "ujemnego napiecia wzrasta obszar zubozenia rozsze¬ rza sie prostopadle do zlacza 152 poprzez cala war¬ stwe 142, realizujac izolacje. Oczywiscie zubozona czesc warstwy 142 moze byc uwazana za przerwa¬ ny kanal izolujacego tranzystora z efektem pola.W trzecim przykladzie rozwiazania, zilustrowa¬ nym na fig. 13—19, izolacja obwodów scalonych efektem pola uzyskiwana jest w procesie wytwa¬ rzania, który jest uproszczony w stosunku do dru¬ giego przykladu. Fig. 13 przedstawia izolowany po¬ przez efekt pola, dwuzlaczowy tranzystor 221 i cze¬ sci sasiednich podobnych tranzystorów. Jak w po¬ przednich przykladach ciagla linia oznaczono elek¬ trody a linia przerywana usytuowanie zlaczy p-n.Jak pokazano na fig. 13, dwuzlaczowy tranzystor zawiera obszar emitera zawarty wewnatrz przery¬ wanej linii 222, w którym znajduje sie metaliczna elektroda 223, obszar bazy, wewnatrz przerywanej linii 224, z metaliczna elektroda 225 oraz pierscie- niowaty obszar kontaktu kolektora, zawarty pomie¬ dzy liniami 224 i 226 z metaliczna elektroda 228 i 229. Metaliczne doprowadzenia do elektrod 230 i 231 stanowia elektryczny kontakt do czesci pól¬ przewodnika otaczajacej obszar kolektora, w celu umozliwienia przylozenia napiecia polaryzacji do elementu izolacji wywolanego poprzez efekt pola.Fig. 14—17 przedstawiaja plytke z fig. 13, obra¬ zujac kolejne etapy wytwarzania wedlug niniejsze¬ go trzeciego przykladu rozwiazania.Jak pokazano na fig. 14, wytwarzanie zaczyna sie od podloza 241 typu p, na którym wytwarza sie od¬ powiednio cienka, epitaksjalna warstwe 242 typu n, podobnie jak w pierwszym i drugim przykladzie rozwiazania. W nastepnym etapie, jak pokazano na fig. 15, formowana jest przez epitaksjalne osadza¬ nie na warstwie 242 lub przez nieselektywna dy¬ fuzje czy tez wszczepienie jonów w cala powierzch¬ nie warstwy 242, warstwa 243 typu p o stosunkowo malej rezystywnosci. Epitaksjalna warstwa 242 za¬ zwyczaj jest formowana do grubosci okolo 4 fita 5 i zasadniczo jednolitej rezystywnosci okolo 0,5 .Qcm.W takim wypadku, warstwa 243 zazwyczaj moze byc formowana przez nieselektywna dyfuzje .lub wszczepianie jonów domieszki akceptorowej, takiej jak bor, do koncowej glebokosci okolo 1 fim w epi- io taksjalnej warstwie i do koncentracji powierzch¬ niowej wiekszej niz okolo 1018 atomów boru na centymetr szescienny.Koncowy etap dyfuzji, jak pokazano na fig. 16, zawiera selektywne formowanie obszaru 246 emi- 15 tera i pierscieniowego obszaru 247 kontaktu ko¬ lektorowego dookola niej. Obszary 246 i 247 typu n+ formowane sa przez proces selektywny, taki jak dyfuzja w stanie stalym domieszek fosforu przez tlenkowa maske 248 lub wszczepianie jonów, przy 20 czym maska 248 powinna byc tak dobrana, aby stanowila odpowiednia bariere jonów.Fig. 17 przedstawia kompletna plytke powleczona pasywacyjna izolujaca warstwa 251 i metaliczne doprowadzenia do elektrod. W niniejszym przykla- 25 dzie rozwiazania, a równiez w pierwszym i w dru¬ gim przykladzie, zazwyczaj jako warstwa izolujaca stosowane sa tlenek krzemu, azotek krzemu, tle¬ nek glinu, tlenek cyrkonu lub tez stosowane sa zlozone warstwy zawierajace polaczenie tych izo- 30 latorów. Oczywiscie, moga one byc zastapione in¬ nymi odpowiednimi pasywacyjnymi izolatorami.Jak i w poprzednich przykladach, metaliczne elek¬ trody moga byc wytwarzane przez zastosowanie procesów dobrze znanych w technice. 35 Na fig. 18 przedstawiono obszary zubozone w la¬ dunek przestrzenny, które sa wazne dla wyjasnienia dzialania wynalazku, bez przylozonych do plytki napiec polaryzujacych. Przerywane linie 261 i 262 okreslaja granice obszarów o stosunkowo malym 40 zubozeniu, otaczajacych odpowiednio obszary 246 i 247 typu n. Poniewaz obszary 246 i 247 typu n zazwyczaj maja duzo mniejsza rezystywnosc niz warstwa 243 typu p, obszary zubozenia rozciagaja sie glównie w warstwie typu pa tylko nieznacznie 45 w obszarach typu n+. Przerywane linie 264 i 265 okreslaja granice obszaru zubozenia, rozciagajacego sie od zlacza p-n pomiedzy warstwa 242 i warstwa 243, a przerywane linie 266 i 267 okreslaja granice obszaru zubozenia rozciagajacego sie od zlacza p-n 50 pomiedzy podlozem 241 i warstwa 242. Dla wy¬ jasnienia nalezy zauwazyc, ze czesci warstwy 242 lezace pod metalicznymi doprowadzeniami do elek¬ trod 230 i 231 odgrywaja role kanalu izolujacego tranzystora z efektem pola, który ma byc przery- 55 wany w celu utworzenia izolacji.Fig. 19 przedstawia tranzystor z fig. 13 z przylo¬ zonymi napieciami izolacji. Pierwsze napiecie po¬ laryzacji Vi przylozone jest do elektrody 225 bazy a drugie napiecie polaryzacji V2 przylozone jest do 60 metalicznych doprowadzen do elektrod 230 i 231.Podczas normalnej pracy, trzecie napiecie +V3 za¬ zwyczaj jest dolaczone do kolektorowych elektrod 228 i 229, aby utrzymac zlacze kolektor-baza w po¬ laryzacji zaporowej, bedzie wiec ono dzialalo jako 65 kolektor wolnych nosników, które przechodza przez68 u obszar bazy. Jezeli:V2 jest ujemne w stosunku do Vi czesc zlacza pomiedzy warstwami 242 i 243:, które lezy pod metalicznymi doprowadzeniami do elektrod 230 i 231 jest spolaryzowane zaporowo.Gdy wartosc tego ujemnego napiecia wzrasta, ob¬ szar zubozenia od tej czesci zlacza rozprzestrzenia sie prostopadle przez cala warstwe 242. W ten spo¬ sób, ta czesc warstwy 242 jest calkowicie opróznio¬ na ze swobodnych nosników ladunku i izolujacy tranzystor z efektem pola jest nieprzewodzacy.Czesci materialu pólprzewodnikowego, które nie sa ukosnie zakreskowane obrazuja przyblizony ksztalt obszarów zubozenia gdy element izolacji jest nie¬ przewodzacy. W stanie nieprzewodzenia czesci funkcjonalne (emiter, baza i kolektor) dwuzlaczo- wego tranzystora 221 sa calkowicie otoczone przez obszar zubozenia wewnatrz materialu pólprzewod¬ nikowego, przez co uzyskane jest elektryczne od¬ izolowanie od sasiednich elementów funkcjonal¬ nych.Nalezy zauwazyc, ze prad z obszaru 246 emitera do obszaru 247 kontaktu kolektorowego przeplywa przez obszary zubozone w ladunek przestrzenny w dwu róznych punktach. Jeden z tych punktów znajduje sie pomiedzy obszarem emitera a czescia warstwy 242 polozona pod obszarem emitera, a dru¬ gi znajduje sie pomiedzy obszarem 247 kontaktu kolektorowego a czescia warstwy 242 polozona pod spodem obszaru kontaktu kolektorowego. W rezul¬ tacie prad roboczy tego tranzystora bedzie prze¬ plywal przez dwa obszary w ograniczonym ladun¬ ku przestrzennym. Z tego powodu jak równiez dla¬ tego, ze cienka warstwa 242 typu n stanowi sto¬ sunkowo duza rezystancje szeregowa kolektora dla poprzecznego przeplywu pradu z emitera do ko¬ lektora, jest oczywiste, ze niniejszy wynalazek jest najbardziej przydatny przy stosunkowo niskich po¬ ziomach pradu, na przyklad w pólprzewodnikach ukladach scalonych bardzo malej mocy.Metody formowania izolowanych poprzez efekt 473 12 pola oporników, diod i kondensatorów nie zostaly omówione, poniewaz metody formowania tych, a takze innych elementów funkcjonalnych, wyni^ kaja z powyzszych opisów. 5 Podobnie, stosowanie pólprzewodnika typy p za¬ miast typu n i typu n zamiast typu p dla umozliw wienia formowania dwuzlaczowych tranzystorów p-n-p i uzupelniajacych struktur jest równiez oczy¬ wiste. 10 PL PL