Коледов Л.А. - Технология ИС (1086443), страница 46
Текст из файла (страница 46)
Данные о скрытом слое указываются в числителе после знака косой черты с той особенностью, что число после буквенного обозначения типа проводимости и вида легирующего скрытый слой элемента (в данном случае после букв КЭС) показывает не объемное, а поверхностное сопротивление скрытого слоя.
6.4. СТРУКТУРЫ ДЛЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МИКРОСХЕМ С ПОЛНОЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ ЭЛЕМЕНТОВ Подложки таких микросхем по расположению областей монокристаллического кремния, в которых формируют ее элементы, разделяют на два типа; подложки типа КВД (кремний в диэлектрике) н подложки типа КНД (кремний на диэлектрике) (см.
рис 2.33). К диэлектрическим подложкам полупроводниковых микросхем предъявляют следующие требования: материал подложки должен обладать малыми значениями тангенса угла диэлектрических потерь 186 н относительной диэлектрической проницаемости е для получения минимальных токов утечки и паразитных емкостей между областями монокристаллического кремния; механическая прочность подложки должна быть высокой даже при небольшой ее толщине; 203 г й 1 гз и 1 гз б) Рис. 6.2.
Структуры КСДИ беа скрытого слоя (а), со скрытым слоем (б), с вы ходом скрытого слоя иа поверхность структуры (в): 1 монокрмстааанческнй кремний; й — окнсеа й — скрмтмй слой; 4 — ноанкрнсталмнческнй крем. ннй рабочая поверхность полложки должна подлаваться обработке не ниже, чем до 14-го класса шероховатости; ; температурный коэффициент линейного расширения ТКЛР материала подложки должен быть согласован с ТКЛР монокристаллического кремния; материал подложки должен облалать высокой химической стойкостью к возлействию жилких и газовых сред, применяемых в производстве полупроводниковых микросхем; материал подложки должен иметь высокую теплопроводность для обеспечения отвода тепла от элементов микросхем. Для подложек типа КНД этим требованиям удовлетворяют сапфир и шпинель, а лля подложек типа КВД вЂ” специальное ситалловое стекло марки С-40-2 Структуры типа КНД получают гетероэпитаксией кремния на сапфировых подложках (КНС) толщиной 250...300 мкм.
Их обозначают и расшифровывают следующим образом; 2 КДБ 15 КНД „„, — это структура типа кремний на диэлектрике с гетероэпитаксиальным слоем кремния толщиной 2 мкм, лырочной проводимости, легированным бором, с улельным объемным сопротивлением !5 Ом см, выращенным на сапфировой полложке (в знаменателе буква «с») (Э60 мм и толщиной 250 мкм.
Кристаллографическая ориентация гетероэпитаксиальных слоев на структуре типа КНС (!00). Применение структур КНГ затрудняется сложностью технологии выращивания бездефектиых гетероэпитакснальных слоев. Из структур КВД распространен вариант КСДИ (кремниевая структура с диэлектрической изоляцией). В зависимости от конкретных требований изготавливаются три варианта КСДИ, различающиеся как наличием скрытого слоя, так и его геометрией (рис. 6.2). Конструктивные параметры структур КСДИ таковы: толщина (200~!0) и (300-Е10) мкм при диаметрах соответственно 40 и 60 мм; толщина изолированного кармана без скрытого слоя 7...20 мкм, со скрытым слоем 10...25 мкм; толщина скрытого слоя 5...8,5 мкм с допуском +.!мкм; толщина изолирующего окисл 1,5...3,5 мкм.
Пример обозначения кремниевой структуры с диэлектриче ской изоляцией КСДИ60 „„' . 25 — это структур 20 КЭбт 45 (100) (л"-М! 500 5рат 2,5 204 0 60 мм, толщина монокристаллических областей из кремния электронной проводимости, легированного фосфором, с улельным сопротивлением 4,5 Ом ° см с кристаллографической ориентацией (100) составляет 20 мкм. В квадратных скобках указывается наличие скрытого и+-слоя, легированного мышьяком (буква М) н выходящего на поверхность структуры. Если скрытый слой не имеет выхода на поверхность, эти данные заключаются в круглые скобки. В знаменателе указывается толщина структуры 300 мкм, вид диэлектрики 2,5 мкм. Гтруктуры для микросхем с диэлектрической изоляцией могут созлаваться на предприятиях, произволящих ИГ, но более целесообразно осуществлять их производство централизованно по заказам предприятий-изготовителей ИС и осуществлять поставку структур в необхолимом количестве.
Г л а в а 7 . ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МИКРОСХЕМ НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ 7.!. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МИКРОСХЕМ НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ С ИЗОЛЯЦИЕЙ ЭЛЕМЕНТОВ р-и ПЕРЕХОДАМИ ЪТ Рис. 7.1. Электрическая приинипиаль иая схема фрагмента полупроводника вой микросхемы 205 Этот классический вариант технологии широко используется в настоящее время для производства микросхем малой и средней степеней интеграции. Планарио-эпитаксиальная технология. Рассмотрим изготовление микросхемы на биполярных транзисторах с изоляцией элементов р-и переходами на примере фрагмента (рис.
7.1), представляющего собой простейший усилитель. В качестве исходной выбирают пластину кремния КДБ !О/0,1 60, 76 или 100 мм с ориентацией (11!), рабочую поверхность которой вначале шлифуют, полируют ло !4-го класса шероховатости и стравливают нарушенный поверхностный слой. Затем проводят окисление поверхности кремния (рис. 7.2, и) для формирования окисла 510ь который будет служить маской при локальном введении примеси и-тнпа на последующей операции диффузии.
Проникновение примеси через окисел практически исключено, так как диффузия таких примесей, как фосфор, бор, мьпцьяк, сурьма рис. 7.2. Изменения кремниевой подложки в процессе изготовления проводниковой микросхемы на биполярных транзисторах с изоляпией элементов р-и переходами после: о — шлнфавкн, полировки, травления н гернне*скпгп аннсленнн; б — локальной лнффу нн н форннроан. р с я пад к .. ор будупш о транэнст рв, а операанн зпнта с льпого нарами р енп», кратна о под нэолнруюшую днффуэню, д — р зэелнгельной )нзптнруюп ЯЭ лнффуэ н. е — зскрнгнн окон пон бшовую дкффузню; ш — базовой днффь' н ) нне н агюлогн ). з — провененнн эккттераоя днффузнн )сеэенне н опологня), н — опер н н создавая эаюнт.
ного о и, к — о «р к н форннрозання к тактнн о он н нагнлсннн пленки а.ю.нння, л пос пе пап н фото. аграф э плен е ал нпнкя, форм р панн» контактов, ко нуэва онннк шнн н верхней бкладк нзе с ра ) е е е н таполпг я) Р Р Реппппгор роза трпнлпоппрм а) в окисле проходит в десятки и сотни раз медленней, чем в кремнии. В пленке окисла методом фотолитографии вскрывают окна в заранее заданных, определенных еще при проектировании микросхемы местах, через которые методом высокотемпературной диффузии вводят примесь и-типа проводимости до предела ее растворимости в кремнии. Таким образом, получается высоколегированный слой и+-типа (рнс.
7.2, б), который называют скрытым, потому что он на следующей операции закрывается сверху эпитаксиальным слоем. Скрытый слой формируют на месте коллектора будущего транзистора микросхемы, что позволяет уменыпить последовательное сопротивление коллектора. В дальнейшем будет проведено еще несколько высокотемпературных процессов, поэтому, чтобы толщина скрытого л"-слоя не стала чрезмерно большой, в качестве диффундирующих примесей для его формирования используют мып)ьяк или сурьму, коэффициент диффузии которых в кремнии при одной и той же температуре приблизительно на порядок меньше, чем у фосфора. После снятия (стравливания) окисла проводится операция эпитаксиального наращивания монокристаллического кремния и-типа электропроводности, повторяющего кристаллическую структуру подложки. Этот слой в дальнейшем будет выполнять функции коллекторной области планарно-эпитаксиального транзистора.
После повторного окисления (рис. 7,2, в) проводят вторую операцию фотолитографии по окислу для вскрытия окон под разделительную (изолируюп)ую) диффузию (рпс. 7.2, г). Эта диффузия примеси р-типа (бор) проводится в две стадии: вначале через поверхность эпитаксиального слоя кремния в тех местах, где вскрыты окна в окисле, вводится определенное количество атомов бора, образующих высоколегированный тонкий р~-слой, который на второй стадии диффузии при высоких температурах в окислительной среде разгоняется до толщины, превышающей толщину эпитаксиального слоя. В резулщате образуется структура, показанная на рис. 7.2, д, в которой островки кремния и-типа окружены областями р-типа. Каждый островок изолирован от других и-р и р-л переходами, что эквивалентно последовательному соединению двух встречно включенных диодов, которые и выполняют роль изоляции.
После формирования е)це одного слоя окисла и третьей фотолитографии вскрываются окна в окисле для проведения базовой м) и Р р Конйенсотпр Репхтппр йнпттер тронупоторо г~ р пг г) е) 207 206 диффузии над теми карманами, где будут формироваться тран-. зистор и резистор на основе базового диффузионного слоя Я (рис. 7.2, е). Базовая диффузия примеси р-типа (бор) вновь прово- '(' дится в две стадии, но на меныцую (около 3 мкм) глубину, что может регулироваться температурой и временем процесса диффузии (рис.
7.2, угг). При проведении второй стадии базовой диффузии бора в окислнтельной атмосфере над карманами под транзистор и резистор вновь формируется пленка окисла. В процессе четвертой фотолитографии вскрываются окна над областями эмиттера транзистора коллекторного контакта нижней обкладки конденсатора. Через эти окна проводят диффузию фосфора на глубину порядка 2,0...2,2 мкм для получения высоколегированных и -областей эмиттера н нижней обкладки (рис. 7.2, з). Как можно видеть, область кремния, в которой сформирован эмиттер транзистора, уже третий раз меняет тип своей электропроводности., Одновременно с эмиттерной лф-областью формируется и пе-область невыпрямляющего контакта к коллектору. Далее проводится еще одна (пятая) операция фотолитографии по окислу вскрытия, окон под контакты ко всем областям транзистора, к резистору и к нижней обкладке конденсатора, после чего на всю поверхность кремниевой пластины наносится алюминиевая пленка толщиной около 1 мкм (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
