009.Планарная технология_(планарный транзистор) (Ответы на экзаменационные билеты (МСТ))

Планарная технология

Планарный транзистор. Стадии изготовления

Планарная технология, планарный процесс (англ. planar, от лат. planus — плоский, ровный), первоначально — совокупность технологических операций, проводимых для получения полупроводниковых (ПП) приборов с электронно-дырочными переходами, границы которых выходят на одну и ту же плоскую поверхность ПП пластины и находятся под слоем защитного диэлектрического покрытия; в современном, более широком смысле — совокупность технологических операций, проводимых для получения практически любых ПП приборов и интегральных схем, в том числе и таких, у которых границы электронно-дырочных переходов не выходят на одну плоскую поверхность. Термины "П. т." и "планарный прибор" появились в 1959, когда американской фирмой "Фэрчайлд" (Fairchild) были созданы первые планарные кремниевые транзисторы.

Основные технологические операции при изготовлении классического планарного кремниевого транзистора с n—p—n-переходами выполняются в следующей последовательности. На отшлифованной, а затем отполированной, тщательно очищенной плоской поверхности пластины из монокристаллического кремния с электропроводностью n-типа (рис., а) термическим окислением в сухом или влажном кислороде создают слой двуокиси кремния (SiO₂) толщиной от нескольких десятых до 1,0—1,5 мкм (рис., б). Далее производят фотолитографическую обработку этого слоя (см. Фотолитография): на окисленную поверхность кремния наносят слой фоторезиста, чувствительного к ультрафиолетовому излучению; пластину с высушенным слоем фоторезиста помещают под шаблон — стеклянную пластину с рисунком, в заданных местах прозрачным для ультрафиолетового излучения; после обработки излучением фоторезист в тех местах, под которыми должен сохраняться слой SiO₂, полимеризуют (задубливают), с остальной части пластины фоторезист снимают и удаляют травлением обнажившийся слой SiO₂, после чего снимают оставшийся фоторезист (рис., в). Затем в участки, где нет плёнки окисла, проводят диффузию бора (акцепторной примеси) для создания в материале исходной пластины (коллекторная область) базовой области с электропроводностью р-типа. Т. к. диффузия одновременно идёт и перпендикулярно поверхности пластины, и параллельно ей, т. е. под края окисной плёнки, то границы электронно-дырочного перехода между коллекторной и базовой областями, выходящие на поверхность пластины, оказываются закрытыми слоем SiO₂ (рис., г). После проведения диффузии бора (или одновременно) поверхность пластины повторно подвергают окислению и повторно производят фотолитографическую обработку (рис., д) с целью создания эмиттерной области с электропроводностью n-типа диффузией фосфора (донорной примеси) в заданные участки базовой области. При этом границы электронно-дырочных переходов между эмиттерной и базовой областями оказываются также закрытыми слоем SiO₂ (рис., е). После диффузии доноров или одновременно с ней проводят третье окисление и над эмиттерной областью создают слой чистой SiO₂ или фосфорно-силикатного стекла. Затем производят последнюю фотолитографическую обработку и вытравливают над эмиттерной и базовой областями в плёнке окисла отверстия для контактов к этим областям (рис., ж). Контакты создают нанесением тонкой металлической плёнки (обычно Al; рис., з). Контакт к коллекторной области осуществляют путём металлизации нижней поверхности исходной пластины. Пластину кремния разрезают на отдельные кристаллы, каждый из которых имеет транзисторную структуру. Наконец, каждый кристалл помещают в корпус и герметизируют последний.

По мере своего развития П. т. включила в себя ряд новых процессов. В качестве материала защитных плёнок используют не только SiO₂, но и нитрид кремния, оксинитрид кремния и др. вещества. Для их создания применяют пиролиз, реактивное (в кислородной среде) распыление кремния и др. процессы. Для селективного удаления защитной диэлектрической плёнки, помимо обычной оптической фотолитографии, применяется обработка электронным лучом (т. н. электронолитография). Для легирования кремния, кроме диффузии, используют ионное внедрение донорных и акцепторных примесей. Получило распространение сочетание методов П. т. с технологией эпитаксиального выращивания (см. Эпитаксия). В результате такого сочетания создан широкий класс разнообразных планарно-эпитаксиальных ПП приборов. Появилась возможность получать стойкие защитные диэлектрические плёнки не только на кремнии, но и на других ПП материалах. В результате были созданы планарные ПП приборы на основе германия и арсенида галлия. В качестве легирующих примесей в П. т. используют не только бор и фосфор, но также др. элементы третьей и пятой групп периодической системы элементов Д. И. Менделеева.

Главное достоинство П. т., послужившее причиной её распространения в полупроводниковой электронике, заключается в возможности использования её как метода группового изготовления ПП приборов, что повышает производительность труда и процент выхода годных приборов, позволяет уменьшить разброс их параметров. Применение в П. т. таких прецизионных процессов, как фотолитография, диффузия, ионное внедрение, даёт возможность очень точно задавать размеры и свойства легируемых областей и в результате получать параметры и их сочетания, недостижимые при др. методах изготовления ПП приборов. Защитные диэлектрические плёнки, закрывающие выход электронно-дырочных переходов на поверхность ПП материала, позволяют создавать приборы со стабильными характеристиками, мало меняющимися во времени. Этому способствует также ряд специальных мер: поверхность пластин перед нанесением защитной плёнки тщательно очищают, при создании защитных плёнок используют особо чистые исходные вещества (например, бидистиллированную воду, которая после последней дистилляции не контактирует с внешней средой) и т.д.