Коледов Л.А. - Технология ИС (1086443), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Дальнейший успех в технологии полупроводниковых приборов принесло освоение двух важнейших технологических операций; диффузии и локального травления, Диффузия примесей в полупроводник — это технологический метод легирования активными примесями областей полупроводниковых материалов и формирования в них р-и переходов. Сущность метода состоит в создании на поверхности полупроводника источника примеси и проведении отжига, при котором примесь проникает с поверхности в глубь материала за счет теплового движения атомов. Если полупроводниковый материал был предварительно однородно легирован до концентрации Ао активной примесью другого типа проводимости, то в месте, где концентрация продиффундиро- п(х) яа Ю Рнс.
!.2. Точечно-контактный р-л переход: ! — аелрнрааелннксеае пластина; Х вЂ” игла; а — еерехал Рис. 1.3. Конструкции германнеиого сплаииого тран- зистора: à — ре«расталлнаааанные слал ср анн», саагащенные ннлнен Рис. 14. Возникноиенне р-и перехода на глубине х, „, где концентрации диффузаита л-типа равна исходной концентрации примесей р-типа р хр.л д и Рис. 1 Д, Конструкння диффузионно.
сплавного транзистора: т- реиристалл зпвапиый слой ртнпа (з ит ер(, 2 в л ффузисн н мй слпй л-типа (база(; 3-сседннительний слой л.типа б7 б( Рис. 1.6. Мейн-структуры; п — плато, б — перешеек с алой плошавью р.л перекода; и — ионуссобразмая вавшей примеси сравняется,с концентрацией исходной, образует я р-и переход (рис. 1.4), В отличие от сплавных, диффузионные переходы характеризуются плавным изменением концентрации примеси в области р-и перехода. Так как диффузия — медленный процесс, скорость которого зависит от температуры, он позволяет очень точно регулировать глубину залегания р-и переходов подбором соответствующих режимов: температуры и длительности.
По сравнению с предыдущими методами изготовления транзисторов диффузионное легирование позволяет значительно (в 1О раз) увеличить точность формирования толщины базовой области. Другое, не столь очевидное, преимущество диффузии — возможность группового метода обработки в технологии изготовления транзисторов. Диффузионно-сплавной транзистор (рис. 1.5) имеет сплавной эмиттерный и диффузионный коллекторный переходы. Они получаются в результате вплавления в полупроводниковую пластину с уже созданным диффузионным р-и переходом двух различных электродных материалов, один из которых создает невыпрямляющий контакт к области базы транзистора, а другой — сплавной эмиттерный р-и переход.
Травление — это технологическая операция удаления части обрабатываемого материала путем ее растворения в подходяи(ем травителе. Травители для германия и кремния состоят обычно из окислителя (для образования окислов на германии и кремнии), растворителя (для перевода этих окислов в растворимое состояние) и замедлителей или ускорителей химических реакций. Локальное травление — это удаление материала с определенной, заранее заданной части поверхности, соприкасающейся с раствором. Другие участки, на которые не должно распространяться действие травления, должны быть защищены инертным к действию травителя материалом.
Такими материалами для полупроводников являются воск, пицеин, асфальтит, церезин, химически стойкий лак (ХСЛ), они обладают еще и хорошим сцеплением с кремнием. Дальнейшим развитием локального травления является метод фо- ~ ~З «Й л( н( Рис. 1.7, Технология изготовления кремниевого мезв.диффузионного диода: и†исиоднан пластина преминя, б — зашита рабочей поверхности лакан; е - покры ие никелем незашншенисй поверлнпс н пдзстинм, е — сн» ие лака с рабочей поверинссти пласти ы и напыление на иее пленки алю инна, б — формирование р. перекопа диффузней алюминия в крем нй, е — зашита лоилльнмд участнса рабочей псверинссти, и — травление мела-с рунтур, з — зашита мест выкала р-л переполов на боковую поверхность мела.с рунтур; п — разделение пластины на кристаллы; к — создание омнчесиотс кс таита к р-слою; л — присоединение выводов термоксмпрессией; — терме иааиии диода; ( — .
ак, 2 в никель; 3 в алю иный, В в деревни (асфальтнт(, б — зз~ттнтнш покрытие, б — смический ионтант, У вЂ” вывод, б- тер е нк толитографии, использующий в качестве защитного слоя стойкое к действию травителей вещество — фотореэист, меняющее свою растворимость под действием света. С помощью локального травления полупроводниковых материалов получают меза-структуры (от испанского гаева — стол, плато), а в сочетании с диффузией меза-диффузионные полупроводниковые приборы (рис.
1.6, рис. 1.7). Меза-диффузионная технология позволяет получать стабильные электрофизические характеристики и воспроизводимость параметров р-п переходов. Рабочие частоты некоторых меза-транзисторов достигли гигагерцевого диапазона. Такие транзисторы благодаря своей конструкции более прочны и лучше рассеивают тепло. Уменьшение площади р-и перехода (рис. 1.6, б) позволяет снизить его емкость и повысить рабочую частоту; растягивание области объемного заряда ит р-и перехода в месте выхода его на поверхность до болыпей величины ш( (рис. 1.6, в) позволяет увеличить его пробивное напряжение.
В 1959 г, была разработана планарная (от латинского р!апиэ— плоский) технология, основные операции формирования структур в которой проводятся с одной плоской стороны полупроводниковой пластины. Она основана на операциях окисления кремния, 13 Рнс. 1.8. Конструкция диснретного плаиариого транзистора: ! — полупроволникоаая высоком рован. иап и -подложк; 2 - диффузнонмый слой р-тнпа, 3 — д»ффузманиый слой и-тик; 4 — пленка окн ла, 5 — еталлн еское ссмпнанне — нынод кплеектор* Рис 1.9.
Планарио-ззгитаксиальный транзистор: и ас ны ды трап р р сл ра- бон й позер о, б — вывод каытекторз расла ложен н нижней о еркнпст ал ст ы, 2 в кр ниснан нысокалггираваи ая и+-подложка; 2 в зпнтаксн:ыьнмй н-с пй крени я; 5 в плен«а акмола кремнив; 4 в вывод «оллекторв фотолитографии и диффузии и позволяет получить транзистор ~а счет диффузии базовой примеси в подложку, выполняющую роу!ь коллектора, и эмиттерной примеси в сформированную при первой диффузии базовую область (рис. 1.8).
Плоская конструкция прибора позволяла создавать электрические соединения ко всем трем областям транзистора через окна в окисле путем напыления металлической пленки и формирования пленочных проводников вместо нетехнологичной операции присоединения проволочек к полупроводниковому материалу, Пленка двуокиси кремния, используемая в качестве маски в процессах диффузии, пассивировала поверхность полупроводникового материала н защищала выходящие на поверхность р-и переходы как в процессе их формирования, так и при эксплуатации прибора. Первой сушественной модификацией планарной технологии было создание ггланарио-эцитаксиальнпго процесса (1960 г.).
Дело в том, что планарный процесс имел существенный недостаток — не позволял изготовлять мощные транзисторы из-за высокого сопротивления области коллектора. Полупроводниковый материал коллектора (см. рис. 1.8) из всех трех слоев транзистора — наименее легированный. Планарно-эпитаксиальный процесс включал операцию эпитаксиального наращивания тонкого слоя кремния, повторяюшего структуру монокристаллической подложки. Уровень легирования и тип проводимости этого слоя могут отличаться от уровня легирования подложки. Процесс позволял создавать в эпитаксиальном слое транзисторы, характеристики которых не зависят от материала подложки. На прочной, сравнительно толстой подложке теперь можно было получить транзисторы с тонкой базой (т.
е. с высокой рабочей частотой) и низким омическим сопротивлением коллектора (большой мощностью). Из рис. 1.9 видно, что высоколегированиая п~-подложка шунтирует менее легированный и сравнительно высокоомный коллекторный ц-слой. Планарно-эпитаксиальные транзисторы изготавливались по групповой технологии, т. е. на одной кремниевой пластине одновременно формировалось несколько десятков и даже сотен транзисторов э бк Рис. 1.10. Способ получения изолированных островков кремния и-тица путем проведения разделительной диффузии: 2- хремннеаая поаложкз р-типа; 2 в нзолнроеанные друг от друга осгроакн кре ни» п.типа; 3 в область раздели. тельной диффузии, 4 в окосел кремния Рис, 1.11.
Изоляция двух транзисторов интегральной микросхемы и зквивалентная схема изоляции !й и в состав партии входило несколько десятков пластин. Пластины разделялись на дискретные транзисторы, которые помещались в корпуса. Многие работники промышленности уже тогда отмечали противоречивость, нелогичность разделения полупроводниковой пластины на кристаллы, сборки кристаллов в корпуса и соединения Выводов корпусов друг с другом в общую схему. Появление интегральных микросхем с точки зрения технологии производства стало насущной необходимостью.
Для создания интегральной микросхемы было необходимо решить два главных вопроса: изоляции элементов в пределах одного полупроводникового кристалла и получения диодов, резисторов, конденсаторов с заданными параметрами на основе структуры транзистора. Конструктивно-технологический способ электрической изоляции двух областей одной и той же полупроводниковой пластины показан на рис. 1.!О.
Выращенный на пластине р-типа эпитаксиальиый слой и-типа разделяется на отдельные островки (карманы) диффузией примеси р-типа. Каждый островок может служить материалом для коллектора транзистора, анода диода или обкладки конденсатора. С помощью диффузии в любом из них могут быть созданы папупроводниковые элементы: транзистор, диод, резистор или конденсатор. Образованные между островками и подложкой р-ц переходы обеспечивают при подаче на них обратного смещения изоляцию карманов друт от друга. Из рис. 1.!1 видно, что пока на подложку р-типа подан более высокий отрицательный потенциал, чем на обеих коллекторных областях соседних транзисторов, последние будут изолированы обратносмешенными р-и переходами, сопротивление которых постоянному току велико.
Ток утечки такой пары диодов обычно меньше 1 мкА. В отличие от дискретного планарно-эпитаксиального транзистора (см. рис. 1.9, б) транзистор интегральной микросхемы (рис. 1.12), созданной по планарно-эпитаксиальной технологии, обладает высо- нс. 1.14 Конструкции днскрег'р, нртз МДП.трвнзнсторов: а — со осроены и каналом л типа, б— с ндукирое н ым каналом, ) — полунроеолии )кр мина); 2 — легнрозе пан сбла ть ст «, а — встроенный «знак, 4 — лиыектрн 1 кисел кремнии), 5- легнра а ае область стоке; б — нмеад Нгорого за вора а) г',ау Рнс.
1.12. Плниврно-зпнтвк. снзльный н+-р-н трвнзнстор а) и Рис. 1.!3. Конструкции полевых трпнзнсто. ров с управляющим переходом: а — текнетран; б — планарныи днффузноннма поленов транзистор: 4 в понупроеадник,' 2 в канал; 3 в полупроподмиконмя еатаар; 4 в зашитныв сказ окисла, 5 в нынад игорога вагнера ким последовательным сопротивлением коллектора. Проведение дополнительной диффузии для локального введения примеси в подложку перед операцией унита ксии позволяет в донной части коллекторной области транзистора сформировать высоколегированный п "-слой, называемый скрытым (рис. 1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
