135854 (722693), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Локальную диффузию проводят в открытые участки кремния по ме­тоду открытой трубы в потоке газа - носителя. Температурный интервал диффузии для кремния составляет 950 - 1300 °С. Кремниевые пластины размещают в высокотемпературной зоне диффузионной печи. Газ - носи­тель в кварцевой трубе при своем движении вытесняет воздух. Источники примеси, размещенные в низкотемпературной зоне, при испарении попа­дают в газ - носитель и в его составе проходят над поверхностью кремния.

Источники примеси, применяемые в производстве ИМС, могут быть твердыми: жидкими и газообразными. В качестве жидких источников ис­пользуются хлорокись фосфора РОСlз и ВВrз. После установления темпера­турного режима в рабочую зону печи поступает кислород, что способствует образованию на поверхности кремния фосфоро - и боросиликатного стекла. В дальнейшем диффузия проходит из слоя жидкого стекла Одновременно слой стекла защищает поверхность кремния от испарения и попадания по­сторонних частиц. Таким образом, в локальных участках кремния происхо­дит диффузия легирующей примеси и создаются области полупроводника с определенным типом проводимости.

После первой фотолитографии проводится локальная диффузия донорной примеси с малым коэффициентом диффузии (Аs, Sb) и формируется скрытый высоколегированный слой n⁺ глубиной около 2 мкм.

Примесь с малым коэффициентом диффузии необходимо использо­вать, чтобы свести к минимуму изменение границ скрытого слоя при после­дующих высокотемпературных технологических операциях. После этого с поверхности полностью удаляется слой окисла и пластина очищается. На очищенной поверхности кремния выращивается эпитаксиальный слой n-типа толщиной 10-15 мкм с удельным сопротивлением 0,1 - 10 Ом*см.

5 - снятие окисла и подготовка поверхности перед процессом эпитакси-ального наращивания;

6 - формирование эпитаксиальной структуры;

Эпитаксия представляет собой процесс роста монокристалла на ориентирующей подложке. Эпитаксиальный слой продолжает кристаллическую решетку под­ложки. Толщина его может быть от монослоя до нескольких десятков мик­рон. Эпитаксиальный слой кремния можно вырастить на самом кремнии. Этот процесс называется авто - или гомоэпитаксией. В отличие от авто-эпитаксии процесс выращивания монокристаллических слоев на подложках, отличающихся по химическому составу, называется гетероэпитаксией.

Эпитаксиальный процесс позволяет получать слои полупроводника однородные по концентрации примесей и с различным типом проводимости (как электронным, так и дырочным). Концентрация примесей в слое может быть выше и ниже, чем в подложке, что обеспечивает возможность получе­ния высокоомных слоев на низкоомной подложке.

В производстве эпитаксиальные слои получают за счет реакции на по­верхности подложки паров кремниевых соединений с использованием реак­ции восстановления SiCl₄, SiВг₄.

В реакционной камере на поверхности подложки в температурном диапазоне 1150 - 1270 °С протекает реакция

в результате которой чистый кремний в виде твердого осадка достраивает решетку подложки, а летучее соединение удаляется из камеры.

Процесс эпитаксиального наращивания проводится в специальных ус­тановках, рабочим объемом в которых является кварцевая труба, а в каче­стве газа-носителя используются водород и азот. Водород перед поступле­нием в рабочий объем многократно очищается от кислорода, паров воды и других примесей. При установившейся рабочей температуре в поток газа носителя добавляется хлористый водород и производится предварительное травление подложки. После этого вводятся в поток газа SiCl₄ и соответствующие легирующие примеси.

7 - окисление поверхности эпитаксиального слоя для создания защитной маски при разделительной диффузии;

8 - фотолитография для вскрытия окон под разделительную диффузию;

9 - проведение разделительной диффузии и создание изолированных кар­манов;

Разделительная диффузия проводится в две стадии: первая (загонка) -при температуре 1100-1150 °С, вторая (разгонка) - при температуре 1200-1250 °С. В качестве диффузанта используется бор. Разделительная диффузия осуществляется на всю глубину эпитаксиального слоя; при этом в подложке кремния формируются отдельные области полупроводника разделенные р-n переходами. В каждой изолированной области в результате по­следующих технологических операций формируется интегральный элемент.

10 -окисление;

11 - фотолитография для вскрытия окон под базовую диффузию;

12 - формирование базового слоя диффузией примеси р-типа.

Для проведения базовой диффузии процессы очистки поверхности, окисления и фотолитографии повторяются, после чего проводится двухста­дийная диффузия бора: первая при температуре 950-1000 °С, вторая при температуре 1150-1200 °С.

13 -окисление;

14 - фотолитография для вскрытия окон под эмиттерную диффузию;

15 - формирование эмиттерного слоя диффузией примеси n-типа;

Эмиттерные области формируются после четвертой фотолитографии Эмиттерная диффузия проводится в одну стадию при температуре около 1050 °С. Одновременно с эмиттерами формируются области под контакты коллекторов и нижние обкладки МДП-конденсаторов. В качестве легирующей примеси используется фосфор.

16 – фотолитография для вскрытия окон для травления окисла под МДП-конденсаторы.

Данный этап необходим для создания тонкого окисла между верхней и нижней обкладками конденсатора. Он получается травлением пассивирующего слоя до нужной толщины.

17 – формирование тонкого окисла в местах создания МДП-конденсаторов.

18 - фотолитография для вскрытия контактных окон;

19 - напыление пленки алюминия.

Соединения элементов ИМС создаются металлизацией. На поверхность ИМС методом термического испарения в вакууме наносится слой алюминия толщиной около 1 мкм. После фотолитографии на поверхности ИМС остаются металлические соединения, соответствующие рисунку схемы. После фотолитографии металл обжигается в среде азота при температуре около 500С.

20 - фотолитография для создания рисунка разводки и нанесение слоя за­щитного диэлектрика.

21 – фотолитография для вскрытия окон контактных площадок для последующего приваривания проводников.

4. Последовательность расчета параметров биполярного транзистора.

Исходные данные для расчета.

Максимальное напряжение на коллекторном переходе: U_кб = 1,5 В

Максимальный ток эмиттера: І_э = 4,5 мА

Граничная частота f_т = 500 МГц.

Дальнейший расчет проводится с помощью программы расчета параметров биполярных транзисторов, результаты расчета, представленные ниже, были получены с помощью данной программы.

Расчет выполняется в следующей последовательности.

1. По заданному максимально допустимому напряжению U_кб определяют пробивное напряжение U_кб0 , которое должно быть хотя бы на 20% больше U_кб и учитывает возможные колебания напряжения питания, т.е. U_кб0=1,2 U_кб, в нашем случае U_кб0=1,8 В. Пробивное напряжение U_пр коллекторного перехода выбираем с коэффициентом запаса 3, это учитывает возможность пробоя по поверхности и на закруглениях коллекторного перехода. В нашем случае U_пр = 5,4 В.

По графику зависимости U_пр (N_дк) [1] , где N_дк – концентрация доноров в коллекторе, находят N_дк . В программе расчета значение концентрации находится численными методами. В нашем случае N_дк = 510¹⁷ см^-3. Данное значение слишком велико, т.к при таком значении возможно появление паразитного n-канала, поэтому уменьшим его до 10¹⁶ см^-3.

По графику зависимости подвижности электронов от их концентрации [1] находят подвижность электронов. В нашем случае _n = 1200 см²/(Вс).

2. Определяют характеристическую длину распределения акцепторов L_а и доноров L_д:

где х_jк – глубина коллекторного перехода. В нашем случае L_a = 0,374 мкм; L_д = 0,0748 мкм.

3. Для расчета ширины ОПЗ (области пространственного заряда) на коллекторном и эмиттерном переходах предварительно вычисляют контактную разность потенциалов на коллекторном переходе:

где _т – тепловой потенциал, равный 0,0258 В при Т=300 К.; n_i – концентрация собственных носителей заряда в кремнии (n_i 10¹⁰ см^-3). В нашем случае _к = 0,6771 В.

Контактная разность потенциалов на эмиттерном переходе _э рассчитывается аналогично _к. В нашем случае _э = 0,1809 В.

4. Рассчитывают ширину ОПЗ, распространяющуюся в сторону базы (х_кб) и в сторону коллектора (х_кк) при максимальном смещении коллекторного перехода U_кб :

где , ₀, _н – соответственно диэлектрическая постоянная и относительная диэлектрическая проницаемость полупроводниковой подложки.

В нашем случае х_кб = 0,387 мкм, х_кк = 0,6656 мкм.

5. Выбираем ширину технологической базы равной 1 мкм.

6. Определяем концентрацию акцепторов на эмиттерном переходе:

В нашем случае N_a(x_jэ) = 1,33810¹⁷ см^-3.

7. В результате высокой степени легирования эмиттера область объемного заряда на эмиттерном переходе в основном будет сосредоточена в базе. Приближенно можно считать, что х_эб х_э, где

В нашем случае х_э = 0,08858 мкм.

8. Расчитываем ширину активной базы:

В нашем случае W_ба = 0,4944 мкм.

Дальнейший расчет транзистора включает вычисление площади эмиттерного перехода,

9. Расчет минимальной площади эмиттерного перехода осуществляется на основе критической плотности тока через эмиттерный переход.

где =const для Si (10⁷ cм/с)

В нашем случае j_кр = 2811 А/см².

В нашем случае S_е = 160,1 мкм².

10. Определим емкость коллекторного перехода на основе граничной частоты транзистора.

Из заданной частоты f_t, найдем емкость коллекторного перехода С_к

В нашем случае С_к = 0,5 пФ

11. Найдем площадь коллекторного перехода как сумму площадей его донной и боковой частей. Причем донная часть площади составляет приблизительно 80% от общей его площади.

Рассчитаем площадь донной части коллекторного перехода:

где V_k=V_kp

Характеристики

Список файлов реферата