Коледов Л.А. - Технология ИС (1086443), страница 49
Текст из файла (страница 49)
Сущность технологического изопланарного процесса с эпитаксиальной базой на основе эпитаксиального слоя р-типа состоит в следующем: !. На подложке р-типа локальной диффузией или ионной имплантацией создают области п -типа — скрытого слоя, как правило легированного сурьмой.
Затем производится наращивание эпитаксиального слоя )з-типа толщиной 1...2 мкм. (оптимальной считается толщина 1,25 мкм.) 2. На поверхности эпитаксиального слоя последовательно формируют диэлектрики: тонкий окисел кремния 5!Оз, нитрид кремния 5!зМл и окисел кремния из газовой фазы. Нитрид кремния используется в качестве маски для глубокого селективного окисления, верхний слой окисла кремния — в качестве маски при селективном травлении ингрида кремния, а нижний слой окисла — - для снижения напряжений между осажденным слоем ингрида кремния и эпитаксиальным слоем, приводящих к образованию дислокаций в последнем.
3. Фотолитографию по слою ингрида кремния осуществляют с использованием либо ортофосфорной кислоты, либо плазменного травления. В первом случае в качестве маски для травления нитрида кремния применяется окисел кремния, так как известные фоторезисторы не выдерживают обработки горячей ортофосфорно" кислотой. Во втором случае присутствие верхней пленки окисла кремния не обязательно. 4. Использование маски из нитрида кремния позволяет проводять локальное прокисление эпитаксиального слоя на всю его глубину.
Эта технолзогическая операция основана на большой разности:скоростей окисления кремния и нитрида кремния; скорость окисЛения ингрида при температурах выше ! 000'С в чистом кислороде и в парах воды почти на порядок ниже скорости окисления кремния. В связи с тем, что плотность 5!Оз меньше плотности кремния в полтора-два раза, а ее удельный объем соответственно в полторадва раза выше, в технологический маршрут вводится операция травления (на 60,65оуу толщины) кремния перед глубоким окис лением для обеспечения плоскостности поверхности пластины. процессе выращивания изолирующего толстого слоя окисла форми руются конфигурации элементов микросхемы — резисторов, диодов транзисторов, контактов к подложке и к скрытому слою.
5. После формирования толстого изолирующего слоя окисла кремния проводится фотолитография для вскрытия окон к коллекторным контактам и диффузия фосфора до смыкания со скрытым л+-слоем. 6. Если поверхностные сопротивления базовых областей и областей резисторов одинаковы, диффузию акцепторной примеси проводят по всей поверхности пластины сразу после удаления пленки г!в эгби 5~ О! г! Рис.
7.9. Изменения подложки р-кремния при формировании полупроводниковых микросхем по изопланарной технологии с формированием зпитаксиальной базм после: — фото.итогр ф по слоям окисла н ннтрнпа крема н, б — р нкя крем ия; а — формиро. вина раап ° те. к» окисла, г - формирования «сллектор атлетом лиффуани, д — форм ро анин лругнл обл с й а л и пагсиви л а» и в ме л и ° риой гекнологин; à — ап акс .к ый с ой, у в скрмтмй Пнффуаионнмй слой, 3 в полломка нитрида. Это позволяет получить в базе транзисторов необходимое распределение примеси, позволяющее исключить образование инверсионных слоев (высокая концентрация примеси р-типа вблизи поверхности) и создать тянущее поле (т.
е, создать дрейфовый транзистор, см. 9 2.1). С такой же целью аналогичная операция проводится в технологии микросхем на биполярных транзисторах с использованием коллекторной изолирующей диффузии (на рис. 7.4. и 7.9 дополнительно легированные слои р-типа условно показаны штриховой линией). Если поверхностные сопротивления в областях базы транзисторов и резисторов должны быть различными, то проводятся операции фотолитографии по слою ингрида кремния в соответствующих расположению базы транзисторов местах и локальная диффузия для подлегирования базовых областей. Области резисторов в этих случаях не легируют. Основные преимушества изопланарной технотогии таковы: !. уменьшение размеров элементов микросхемы (главным образом за счет площади, отводимой под их изоляцию).
Снижение паразитных емкостей, !определяемых теперь только емкостью р-п перехода коллектора (донной части) относительно подложки. 2. Снижение требований к точности совмещения части фотошабг лонов. В связи с тем, что базовые области, резисторы, вертикальные коллекторные контактЫ и другие элементы граничат с диэлектрической изолирующей областью, требования к точности совмещения фотошаблонов при с)рормировании окон для диффузии илн для формирования контактов могут быть снижены за счет допустимости перекр пастей окнами фотошаблонов.
Сохраняются тре- 2!9 бования к точности совмещения тех фотошаблонов, которые должны обеспечить точный зазор между формируемой областью и краем ' окисла. 3. Снижение требования к дефектности фотошаблонов, следую- ' щих за фотошабпонами для формирования разделительных диэлектрических областей. Дефекты таких фотошаблонов, попадающие на область разделительного окисла, не оказывают влияния на выход . годных. Проблемы изопланарной технологии и методы их решения.
1. Длительность операции высокотемпературного окисления при формировании толстого разделительного окисла. Время формирования разделительного окисла толщиной 0,2...2,5 мкм при температуре 1000'С составляет 18 ч. Это приводит к перераспределению примеси скрытого слоя, проникновению се в эпитаксиальный слой, а также к формированию дефектов упаковки в монокристаллическом кремнии. Проведение операции глубокого окисления при повышенном давлении позволяет значительно снизить ее продолжительность.
Так, при давлении паров Н О в 3.10 Па длительность формирования окисла кремния толщиной 2,5 мкм прн 1000'С снижается примерно в три раза. 2. Неоднородность маскирующей пленки нитрида кремния; нерегулярность химической структуры, наличие сквозных отверстий, тре-, щин. Указанная проблема может быть преодолена тщательной раработкой технологии осаждения нитрида кремния. 3. Возникновение рельефа на поверхности.
В процессе лок ль- ного окисления кремния молекулы окислителя диффундируют,'под «край маски. В результате форма слоя толстого окисла в этих участках принимает вид птичьей головки (птичьего клюва, рис, )т'.10)., Высота образующегося по периметру изолированной крему(невой области холмика составляет 0,3...0,6 мкм, ширина 2...4 мкм'. Сам по себе этот «холмик» не представляет собой опасности: не)г проблемы для металлизации ввиду пологости его склонов, изменение площади поверхности кремниевой области также может быть учтено топологическимн размерами фотошаблонов. Опасны невоспр(~изво- а) Рис. 7.) О. Формирование сптипьего клюва» по периФерии изолированной области кремния, вызванное окислением кремния под краем маски: и-.
коконин с руктур по лс эокэл о о трввлен н кре ння, 6 — к нфнгурнпкя колм кн пт ье о нлювн, /†кнтр Н крем нн, у окнсе преминя; Ь вЂ” укнстсн кремниевой плнстнвы 4 в толстый кто. нруююнй окнсе преминя 220 з) Ог Рис. 7.)). Образование паразитното канала л-типа между скрытыми слоямн соседних злементов микросхемы (о) и его предотврантение путем легирования разделительных канавок акмепториой примесью 16) ниапрсппниьта ипипи тгаппгайпиаиапьнаа а) аг-пйласть 6 димость размеров «холмика» и растрескивание приподнимающегося края маски из нитрида кремния.
Необходимость использования тонких эпитаксиальных слоев (1...2,5 мкм). Для эпитаксиальных структур характерен высокий уровень дефектности (дислокации и дефекты упаковки) и неоднородность толщины. Для изопланарной технологии необходима чрезвычайно высокая воспроизводимость толщины эпитаксиального слоя, определяющей надежность изоляции элементов. 5. Образование паразитного канала и-типа под изолирующим слоем двуокиси кремния между скрытыми слоями соседних компонентов (рис, 7.!!). Образование инверсного канала в р-области вызывается положительно встроенным зарядом в окисле кремния. Для решения этой проблемы подлсгируют разделительные канавки перед формированием изолирующего окисла либо бором (сразу после травления кремния), либо галлием (используя его высокий коэффициент диффузии в окисле и применяя в качестве маски слой нитрида кремния). Под областью изолирующего окисла образуется диффузионный р+-слой и образование инверсионных каналов предотвращается.
Различие между изопланарной технологией, использующей эпи'. таксиальный р-слой для формирования базовой области транзистора и технологией с эпитаксиальным слоем п-типа, использующегося для формирования коллектора транзистора (рис. 7.12), заключается в том, что в последнем случае базовые области транзистора формируют диффузионным способом с необходимой и регулируемой глубиной залегания р-я перехода база-коллектор Особенности указанного технологического процесса заключаются в следующем: снижены требоагания к допускам при изготовлении фотошаблонов и к точности их совмещения с рисунком микросхемы при фотолитографйческом вскрытии окон под эмиттерную диффузию, поскольку..неточности приходятся на область разделительного толстого окисла и не влияют на окончательный результат; формируется пристеночный эмиттер, большая часть боковых стенок которого изолирована разделительным окислом, что позволяет получать транзисторы с более высоким коэффициентом усиления.
221 п' а) ! и Пе л П' /у и и и' л' ле ж) Э Б п' д и ле л г) з) Рис. 7.12. Изменения кремниевой подложки при формировании полупров дииковых мнкросхеув по нзопланарной технологии с формированием диффузионной азы после: р ш э итзкси льиата с я ипэ, нане еиии с.а в ак с.з и кктр э кремпии; б — йота. лктотрэфии, травления ре иия и лкффузии эккепториай првмыи. е — формкроввкия рйзлелктел ото тале , к к и, к трую теш тоякот окк з, с диффузии примеси и -типе в аблэсть коллекторе, д - диффузии бэзовай примеси, е — лиффуз и эм т еркай прк еси, м вскрмт коктвмткмк окон методом фотали отрэфии, з — совдепия первого уровня метеллквеской ркзвадки Примерный маршрут изготовления микросхем по изоплаиарной те нологии с диффузионной базой транзистора: 1.
Химическая обработка пластин, двухстадийная в перенисно-аммиачном(растворе. 2. Окисление преминя во влажном кислороде при 1000'С в течение 2 ч до пЬлучения окисла толщиной (0,6ш006) мкм. 3. Фотолитография под локальную диффузию сурьмы. 4. Химическая обработка аластии в перекисно-аммиачном растворе. 5. Диффузия сурьмы для формирования скрытого л"-слоя в две стадии: затопив при, 1220'С до р.=(45~5) Ом/П из растворных ис~очников диффузии, обработка осажденного сурьмяно-силикатного стекла во влажном кислороде при 1000'С, снятие стекла и окисла в растворе НЕ, вторая стадия (разгонка) при 1200'С до р, =(35~5) Ом/', глубины залегания р-и перехода (3абщ0,5) мкм.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
