Коледов Л.А. - Технология ИС (1086443), страница 47
Текст из файла (страница 47)
7.2,и,к). В окнах, вскрытых в защитном окисле, алюминий образует электрический контакт с кремнием после кратковременного отжига при температуре 500...550 С. Далее проводится операция фотолитографии (шестая) по алю-, минию для формирования пленочной коммутации, верхней обкладки конденсатора (рис. 7.2,л) и внешних контактных площадок. Затем вся поверхность кремниевой пластины покрывается слоем защитного диэлектрика, например пленкой 51Оз наносимой из газовой фазы методом плазмохимического осаждения. Эта операция должна проводиться обязательно ниже температуры плавления алю- ' миния (660'С), а точнее, ниже температуры плавления эвтектического сплава А) — Ы (см.
рис. 2.42). После этого проводится еще одна (седьмая) с()отолитография по пленке защитного диэлектрика для вскрытия окон к контактным площадкам микросхемы. Одновременно в двух взаимно перпендикулярных направлениях параллельно сторонам кристаллов микросхем на пластине вскрываются дорожки для проведения операции скрайбирования и разделения пластины на отдельные кристаллы.
Перед этим микросхемы проверяются на функционирование с помощью системы зондов, через которые подаются тестовые сигналы (контролируют реакцику на эти сигналы). Негодные схемы отмечают, например краской, и отбрако в ы в а ют. После разделения на кристаллы следуют операции монтажа и сборки кристаллов в корпус, герметизации, контроля, маркировки 208 и упаковки в тару. Для бескорпусных микросхем после разделения на кристаллы следуют операции присоединения гибких или выращивания жестких выводов, нанесения бескорпусной защиты, размещения на носитель или в тару, контроля и упаковки. Всего маршрут изготовления микросхем по планарно-эпитаксиальной технологии насчитывает более ста операций. Здесь мы достаточно подробно рассмотрели процесс одновременного формирования структур транзистора, конденсатора и резистора.
Весь маршрут и режимы технологических операций оптимизированы на получение наилучших характеристик у основного активного элемента и+-(у-и-транзистора. Поэтому в дальнейшем при рассмотрении других вариантов технологических маршрутов мы будем пользоваться описанием процесса формирования транзисторной структуры. Планарная технология с использованием метода тройной диффузии (рис. 7Л). Как и в предыдугцем случае подложка представляет собой пластину кремния р-типа, на которой путем термического окисления выращивают слой двуокиси кремния. После первой фотолитографии проводят локальную диффузию донорной примеси п-типа, формируя сразу же отдельные изолированные р-п переходами островки, которые будут служить коллекторными областями транзисторов будущей микросхемы.
Далее дважды идет повторение процессов окисления, фотолитографии и диффузии для последовательного формирования областей базы и эмиттера транзисторов, и, одновременно с ними, в соседних островках могут быть сформированы резисторы или нижние обкладки конденсаторов а) р) Рис. 7.3. Изменения кремниевой подложки в процессе производствв полупроводниковых микросхем методом тройного легироввиия после: а — неханнн окой обозе н, е рэв эвенк» наруниз о о елок а окнеленав; б — перв й фотолнтатрафнн; е — локэльн о .мэров а арен нн фоефорон гоздэннн нзолнровзнных р.а переколела карнанов; з — второй фото нтырафнн; д — раведеннн бзз вой днффузнн, е — третьей фотолн ографан,:н — эннт.
тернай днффуанн н форннр ванна об. астей лод кол. екторный оптант; з — векрытнн окон аод контакты к эн еру, базе н олл втору транзнеторв 209 интегральной микросхемы. Операции металлизации, формирования проводников разводки, нанесения защитного диэлектрика и другие идут таким же образом, как и в предыдущем случае. Исторически этот технологический маршрут был разработан раньше планарно-эпитаксиального процесса и заменен им из-за труд-, ностей, связанных с двукратной перекомпенсацией примесей в эмиттерной области методом их диффузии с поверхности полупроводника. Ведь при диффузии наибольшая концентрация примеси.: каждый раз создается именно у поверхности пластины, в то время как эпитаксиальный слой легирован равномерно.
Кроме того, коллектор транзистора в этом методе оказывался слаболегированным и имел большое последовательное сопротивление, к тому же суммарное распределение примесей в транзисторной структуре и в области )у-и переходов оказывалось неоптимальным с точки зрения наилучших характеристик транзисторов.
Этот метод был возрожден за счет отработки технологии ионного., " легирования полупроводников: максимальная концентрация ионов имплантированной примеси может быть создана на определенной глубине специальным подбором массы и регулировкой энергии внедряющихся ионов. Трехкратная имплантация последовательно ионами и-, р- и и-типа с последующими диффузионными и активационными отжигами позволяет создавать транзисторные структуры с малыми глубинами залегания р-п переходов, оптимальными результируюшими профилями распределения примесей, высокой плотностью упаковки элементов и высокой степенью интеграции. Несмотря на то, что в современной технологии используется ионная имплантация р примесей, она по-прежнему называется ЗД-технология, — т.
е. технология тройной диффузии. Только теперь уже об этом процессе можно сказать, что он имеет определенные преимушества перед планарно-эпитаксиальным, поскольку не содержит сложной и дорогостоящей операции эпитаксиального наращивания кремния. Это хороший пример диалектики развития: движения вперед по восходящей спирали, возврата к старому, но уже при новых технологических возможностях и более совершенных технических средствах, а также пример действия закона отрицания отрицания. Планарно-эпитаксиальная технология с мспользованием метода коллекторной изолирующей диффузии (сокращенно: КИД-технология). В этом варианте технологии используется тонкий (1...2 мкм) эпитаксиальный слой р-типа, служащий базой транзистора (рис, 7.4).
Скрытый слой, формируемый в подложке р-типа, играет роль коллектора. Изоляция элементов осуществляется созданием вокруг равномерно-легированной эпитаксиальной базы вертикального пе-слоя ' на всю глубину эпитаксиального слоя. Полученный таким образом внешний и -р переход является изолирующим при его обратном смещении. В данном варианте возможно дополнительное подлегирование базовой области акцепторной примесью по всей поверхности пластины без дополнительного фотошаблона (рис. 7.4,д). 2'10 а) б) Рис. 7.4. Изменения кремниевой подложки а прочегое производства микросхем по планарно-зпитаксиальной технологии с нсполь*опаннем метода коллекторной нзолирукггдей диффузии после: и — мсканическок обрабо ни, травления о иенская, б — формировании скрытого ело локал ной лиффузней гмнорной римеси, е — элита сиад ного нарагпнванин оиком (Г 2 мкм) ело р типа электрон оводности ег окисления, г — коллен рной чзол рэюммй д ффуз локальнО на всю ггубн у зпитакси ланог слоя, д — подле ироаанин пр веркностпого слоя акпепторной причесзю по всей и оыади р ч астикы, е — локалэной лиффузнн донор ой примеси дли фор прова ия эми гера, ы — вскрытия окон ~од контакты, на ы анин к выимння сю кой пленки алюминия, з — фото но графи по а юминиевой плен е и спзлани э еменгов коммут пн, ч — нанесении завгитного д з.ек рического понрыт я и фотолнтограф ческого скрытна окон дд пр оеиинеаия анемии выводов микрпскечы КИД-технология обладает следующими основными достоинствами: позволяет в,3...4 раза уменьшить площадь элементов в микросхеме; имеет более короткий технологический цикл изготовления ИС (на 1..
2 фотолитографические операции); позволяет уменыиить токи утечки за счет высокой концентрации примеси в коллекторной области и время жизни неосновных носителей. Основные недостатки микросхем с коллекторной изолирующей диффузией: эпитаксиальная база и отсутствие дрейфа носителей от эмиттера к коллектору из-за отсутствия градиента концентрации базовой примеси, что снижает быстродействие, низкое (7х..10 В) пробивнсе напряжение перехода коллектор — база из-за использования тонких базовых эпитаксиальных слоев и низ коомного коллектора (объемный заряд распространяется в базовую область). При помощи КИД-технологии можно изготавливать хорошие БИС токопереключательной логики (ТПЛ), маломощные матрицы логических элементов и даже прецизионные линейные схемы.
Специальные интерфейсные схемы позволяют получать в таких матрицах высококачественные усилители, компараторы, генераторы колебаний н аналоговые ключи. 2И 2 д Форнирабание р-и-переяодод Форпиробоние рп перегороди петалоизации денрьгтие нонтантньи анан Формиродание р.п переходод ионным лееороданоен б д К 2 и б э и Фарпиродание разборно Форнирабание полинрепноедьи резоотород и раздадни а) д) Рис. Э.б.
Этапы формирования элементов микросхемы (биполярного транзистора и резистора) по обычной планарно-эпитаксиальной технологии (а) и по технологии е применением поликремния и с самосовмещеннем (б): !-- ссряаасслла акл а, 2 ссллллзлслл; Е сал ася лв Использование пленок поликремния в технологии изготовления . биполярных микросхем позволило реализовать принцип самосовмещения, применить операции ионного легирования, резко сократить размеры элементов, формировать высокоомные резисторы с малпй паразитной емкостью (см. $ 2.9), Это привело к иной, чем ' в обычной планарно-эпитаксиальной технологии, последовательноСти операг(ий (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
