Дьюб Динеш С. Электроника - схемы и анализ (2008) (1095413), страница 37
Текст из файла (страница 37)
Потом она разрезается алмззной пилой на тонкие круглые пластины. Каждая пластина шлифуется и химически травится для удаления дефектов кристалла, образованных при резке. Затем пластины полируются полирующими абразивами для уменьшения шероховатости, и обрабатываются в травильном растворе, пока не получится свободная от дефектов зеркальная (блестящая) поверхность. Метод плавающей зоны не требует тигля, так как расплавленная зона удерживается силами поверхностного натяжения.
Таким образом, загрязнение от тигля исключается. Следовательно, при таком методе загрязне. ние кислородом намного меньше ( 1 тс), чем при методе Чохральского, и можно получить кремний с удельным сопротивлением 10 Ом см и выше, пропуская плавающую зону несколько раз. Но зта технология дороже и дает монокристаллы меньшего размера. В.». л р»» «2~Д9) Перед разрезанием пластины индексируются, от них отрезается небольшой кусочек и определяется ориентация кристалла. Для интегральных схем биполярной технологии выращивается слаболегированный (около 10»о см з) кристалл р-типа, имеющий ориентацию (111) или (100).
После этого пластины готовы к производству интегральных схем. 8.4. Планарная технология формирования ИС При производстве ИС наиболее широко применяется планарная технология, когда все элементы схемы формируются на поверхности полупроводника или вблизи нее. Таким образом, вся схема содержится в пределах нескольких микрон от поверхности пластины. Основные этапы технологического процесса: 1) окисление; 2) фотолитография; 3) травление; 4) диффузия примесей~ионная имплантация; 5) металлизация. Эти этапы технологии повторяются последовательно с разными примесями, пока на кристалле не будут сформированы все активные и пассивные элементы.
Этапы технологии могут выполняться одновременно на всей пластине, поэтому большое количество элементов и их соединений можно выполнить с высокой точностью, что является главным преимуществом планарного процесса. 8.5. Иллюстрация процесса Кратко рассмотрим полный цикл производства ИС на примере формирования и-р-п-транзистора. Упомянутые выше технологические процессы подробнее рассмотрены в следующих разделах этой главы. Биполярный транзистор требует максимального числа технологических этапов.
Одновременно можно Формировать и другие элементы ИС, такие как резисторы, конденсаторы и диоды, тоже может выполняться на рассмотренных ниже этапах. 1. При планарном процессе на поверхности полупроводниковой пластины формируется окисный слой (рис. 8.3, а). 1 Микрон — другое название единицы длины»микрометр», 1 мкм = 10 м = 10 см = -6 — 4 = 10» нм. (ио Глава 8.
Производстпво инсаееральных схем 2. Далее удаляется оксидный слой с поверхности в тех местах, где будет формироваться транзистор (рис. 8.3, б). Это достигается несколькими этапами фотолитографии. Сначала оксидный слой методом центрифугирования покрывается тонким слоем фоточувствительного материала, называемого «фоторезистом» (рис. 8.3, в). Изготавливается маска с прозрачными и непрозрачными областями, непрозрачные части — площадки, с которых требуется удалить слой %0а. Маска с большой точностью прикладывается на покрытую слоем фоторезиста пластину и облучается (экспонируется) ультрафиолетовыми лучами. Необлученные части фоторезиста смываются.
Требуемый рисунок остается на пластине (рис. 8.3, д). Слой 810а с площадок, где отсутствует фоторезист, удаляется мокрым или сухим травлением. Таким образом, на слое двуокиси кремния создается окно, как показано на рис. 8.3, е. 3. В атмосфере газа, содержащей соответствующую примесь, прово- дится экспонирование пластины. Например, если требуется область с п-проводимостью, пластина экспонируется в атмосфере, насьпценной фосфором (рис. 8.3, ж).
4. Атомы примеси (в данном случае фосфора) диффундируют в по- лупроводник под окном и преобразуют его проводимость в и-тип (рис. 8.3, е). Оксидный слой предотвращает диффузию фосфора в другие части пластины. 5. Вышеперечисленные этапы повторяются. Опять формируется окис- ный слой на поверхности пластины, она покрывается фоторезистом, и маска с меньшей непрозрачной областью (для окна поменьше) точно накладывается на фоторезист на пластине, пластина экспонируется ультрафиолетом, неэкспонированная часть фоторезиста удаляется (рис.
8.3, и). 6. После этого удаляется фоторезист (рис. 8.3, н). 7. Пластина экспонируется в атмосфере, насьпценной бором, для преобразования маленькой тонкой области п-типа в р-тип (рис. 8,3,,а). 8. Повторением этих процедур можно сформировать на пластине и-р-нтранзистор (рис. 8.3, м). 9. В областях, предназначенных для контактов, слой 81Ох удаляет- ся и формируются контакты.
Метзллизацию получают рассмотренными вьппе процессами (рис. 8.3, и). Контакты и межэлементные соединения по всей пластине, по возможности, формируются одновременно. ~~~ 222 Глава 8. Производстпво интегральных схем Фоторевист Окно /Ф.. ЗЮ, / п ! ЗЮ2 / ! р-подложка к) ::и2ав и~ З!О2 / 2 и / ! ! / / р-подпои/кв л) Оыические контакты таила ЗЮ2 и) Рис.
З.З (продолжение). 8.6. Формирование диодов, резисторов и конденсаторов Диоды Диоды с р-и-переходом изготавливаются на кристалле точно так же, как транзисторы. На практике диоды часто формируют, замкнув коллектор транзистора с его базой, как показано на рис. 8.4. Резистпоры Резисторы в интегральных схемах могут быть сформированы несколькими способами. ! / р-подлоика ск с с о / ! В.б. Фт р Й д,р т д. р такт Рис. 8.5.
Формирование ре- зистора. И', Ь, и т — ширина, длина и толщина резистивно- го слоя р Металлические контакты ЯОе т л-лодложка ( / Сопротивление диффузионного резистора определяется его геометри- ческими размерами и степенью легирования. Вспомним, что удельная проводимость ст (величина, обратная удель- ному сопротивлению р) полупроводника равна (было рассмотрено в гл. 1) 1 и = — = дп1л„+ ДР1тр. (8.1) Р Сопротивление В трехмерного бруска равно я=— р1, (8.2) где Ь и А — длина и площадь поперечного сечения бруска.
На рис. 8.6 И" и $ представляют соответственно ширину и толщину диффузионного Резистора, тогда уравнение (8.2) можно переписать как р~ И' 1' Далее, пусть Ит = Ь, т.е. рассматриваемая часть слоя имеет ква- дратную форму, тогда получим величину, называемую поверхностным сопротивлением В, Л, = л/1 Ом/квадрат (часто обозначается как Ом/11). (8А) (8.3) Понятие поверхностного сопротивления широко применяется при разРаботке резисторов в интегральных схемах, потому что любой шаблон ИС-резистор часто изготавливается в определенных окнах на слое 81Оз, располо- -с»- женным на однороднолегированной кремниевой пластине.
Легирующие примеси противоположной проводимости вводятся через окно для получения требуемого удель- Рис. 8.4. Диоды формируютсл ного сопротивления в области резистора при сохранении областей базы и коллектора и на двух его концах размещаются контакты (рис. 8.5). Сильнолегированные области р+ обеспечивают хороший контакт между металлическими электродами и резистивной областью р ( 224 Глава 8. Производство антееродьныя схем резистора в маске можно поделить на квадраты (рис. 8.6).
Отношение Ь/1к' дает число квадратов в шаблоне. Если Ь/И' = х, то В=я В,. (8.5) Таким образом, при постоянном значении поверхностного сопротивления, требуемое сопротивление резистора можно получить, установив число его квадратов х. При рассмотрении мы предполагали однородное легирование резистивного слоя. В действительности концентрация примеси выше у поверхности, и точное вычисление общего сопротивления требует учитывать это неоднородное легирование. Диффузия примесей для образования всех резисторов проводится одновременно с формированием транзисторов.
Это исключает дополнительные этапы маскирования и диффузии, что выгодно с точки зрения стоимости производства. Рне. 8.6. Деление резистквкого своя кз квадраты (поверхкосткое сопроткзкение можно определить через квадраты) Кроме диффузии примесей в пластину, резисторы также могут формироваться осаждением резистивной пленки на изолирующий пластину слой Я(Оэ, уже имеющийся на пластине. Таким способом часто формируются высокоомные резисторы, в частности, для схем на полевых МОП-транзи- сторах. Пример 8.1. Диффузионный резистор с н-слоем имеет поверхностное сопротивление 500 Ом/П.
Если удельная проводимость н-слоя 20 См см ~, какая тсипцина слоя в микронах? Решение. Согласно уравнению (8.4) поверхностное сопротивление В„удельное сопротивление д и толщина слоя 1 соотносятся между собой как а через проводимость (ц = 1/р): В, = — нли 1=1/о. В, =1/(20х 500) см или 1=1 х10 4 мкм. 1 о 1 кт0 и * 2ф Иня)есральнь2е конденсаторы Обычно в интегральных схемах применяются две основные структуры конденсаторов: 1) конденсаторы со структурой металл-оксид-полупроводник (МОП); 2) конденсаторы с р-п-переходом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
