PN結隔離（isolation with p-n junction）是指把需要相互絕緣的各部分，用加有反向偏壓的PN結來實現隔離。當對一個PN結施加反向偏壓時，它有很高的反向電阻。即一個反向偏壓下工作的PN結，可以近似地看作是絕緣體。PN結隔離是一種常用的隔離方法。此法工藝簡單，可以在外延過程中直接完成，導熱性好。
基本介紹
- 中文名：PN結隔離
- 外文名：solation with p-n junction
- 不足：隔離性能不夠理想
- 特點：在外延過程中直接完成
- 改良：對通隔離
- 學科：電力工程
簡介,特點,襯底材料的選擇,PN結隔離改進,
簡介
PN結隔離是利用反向的PN結在沒有擊穿的情況下漏電很小，阻抗很大，可以看作絕緣體達到隔離的目的。外延結構的PN結隔離製作過程如下圖所示。
工藝流程將製作電路用的P型單晶矽切成厚約400微米左右的矽片，經研磨拋光後進行隱埋層氧化， 在矽片表面生成厚約1微米的氧化膜，然後經光刻在氧化膜上刻蝕出隱埋層擴散的視窗，接著利用三氧化二銻進行隱埋層擴散，經過擴散後，在刻蝕的氧化膜視窗形成高雜質濃度的N+。
再在擴散過隱埋層的矽片上外延生長適當厚度和電阻率的N型外延層外延層的厚度和電阻串由積體電路的設計指標而定，集電極—基極擊穿電壓要求愈高， 則厚度愈厚， 電阻率也愈高。接下來進行隔離工藝。先在外延層上生長一層1微米左右厚的氧化膜，同樣用光刻方法刻蝕需要隔離的視窗。然後進行濃硼擴散，適當地選擇擴散溫度和時間，使擴散進去的雜質穿透外延層，形成強P型(P+)的隔離槽與P型襯底相連把整個N型外延片分割成一個個被P型區域包圍的隔離島，由P+型隔離槽與N型外延區之間的PN結， 以防止電路中各個元件通過N型矽外層之間的連通。
特點
pn結隔離工藝的優點是方法簡單，易於製造，無需特殊技術和製造設備，成本低而同時又能基本上滿足電路的性能要求， 因此，成為當前積體電路生產中用得最多的一種隔離方法。然而pn結隔離也存在許多不足之處：
(1)隔離性能不夠理想，一般漏電流為毫微安數量級，耐壓在幾十伏左右，很難做得更高，這是由pn結本身決定的。
(2)隔離引起寄生效應。由於pn結具有電容效應， 因此，pn結隔離後使得電晶體的集電極與襯底之間， 以及集電區周圍與p型隔離牆之間有電容耦合，隨著頻率的升高，其耦合作用增強。因此，在高頻放大器和高速數字電路中，這種隔離方法就不適應了。
(3)考慮到隔離擴散時的橫向擴散，耗盡層以及套準誤差等，隔離牆和元件之間要有一定的距離，在一個電晶體的隔離島中，電晶體本身的面積只占整個島的30~40%，對提高集成度十分不利。 ·
(4)pn結隔離的抗輻射能力差，受溫度影響大。
襯底材料的選擇
為了實現pn結隔離，即n型區被P型區包圍，襯底材料必須選用P型矽單晶，以便和n型外延層之間形成pn結。這一pn結擊穿電壓的大小主要取決於襯底電阻率的高低。從提高擊穿電壓及減小隔離結寄生電容考慮，襯底的電阻率高一些好。但選得過高，在長時間的隔離擴散中，會增加外延層向襯底的推移，使隔離時間加長。同時，製造高阻P型矽單晶也很困難，因此電阻率不能取得太高。
襯底還起著支撐的作用，所以對其厚度有一定的要求。矽片太薄，在製造過程中容易破碎；矽片太厚，既浪費材料，劃片也有困難。一般在拋光後，取厚度為300～350微米較適宜。外延層是在襯底上生長的，它的質量好壞與襯底質量有關，因此要求襯底的位錯密度較低，有害雜質(如鐵、銅、鎳等)少。
PN結隔離改進
對通隔離是在標準pn結隔離(又稱單面pn結隔離)的基礎上產生的。把原來由上而下穿通整個外延層的p+隔離擴散，分為隱埋在外延層下面的p+型雜質層的向上推移擴散(簡稱下隔離)，和p+型雜質的向下擴散(簡稱上隔離)，使它們連通起來， 以達到元件之間隔離的效果，如下圖所示。
對通隔離對通隔離最大的優點是縮短了隔離擴散的時間，並減少了隔離的橫向擴散，在一定程度上縮小了管芯面積，提高了集成度，隨之寄生電容也減小了。當前對通隔離已用於中、大規模積體電路中。
