В. И. Смирнов (987304), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Если требуется сформировать конденсатор небольшой емкости, то для этого может быть использована барьернаяемкость р-п-перехода. Если же емкость конденсатора относительно велика, тосделать это практически невозможно. Существуют также ограничения по изготовлению индуктивных элементов. Имеются проблемы с реализацией в интегральном исполнении электронных блоков с большой рассеиваемой тепловоймощностью.Гибридная технология в значительной степени свободна от этих ограничений.
В гибридных интегральных микросхемах (ГИС) пассивные элементы(резисторы, конденсаторы, индуктивные элементы), а также электрическиепроводники и контактные площадки изготавливаются на поверхности диэлектрической подложки по пленочной технологии, а активные (бескорпусныетранзисторы, диоды и так далее) монтируются на подложке с помощью навесного монтажа. Фрагмент структуры ГИС показан нарис.
1.2. На подложке (обычно керамика, ситалл или другие материалы) по пленочнойтехнологии сформированы резистор R и конРис. 1.2. Структура гибридной ИСденсатор С. Соединение активного элементаАЭ с контактными площадками осуществляется микросваркой.В зависимости от технологии формирования пассивных элементов различают тонкопленочные и толстопленочные ГИС.
Тонкопленочные элементы(обычно толщина менее 1 мкм) формируют термовакуумным испарением илиионно-плазменными методами. Толстопленочные элементы формируют методом трафаретной печати, нанося на подложку через трафарет пасту специального состава, а затем осуществляя ее температурную обработку (сушку и вжигание).Иногда выделяют в отдельные группы пленочные и совмещенные интегральные микросхемы.
Их доля в общем объеме производства невелика. Пленочные ИМС – это обычно наборы резисторов или конденсаторовс одинаковыми параметрами или параметрами, образующими геометрическуюпрогрессию (R, 2R, 4R и так далее). Совмещенная ИМС – это интегральная полупроводниковая микросхема, в которой активные элементы (транзисторы идиоды) формируются в приповерхностном слое полупроводниковой пластины,а пассивные элементы (резисторы, конденсаторы и так далее) – на ее поверхности по пленочной технологии.71.2.
Особенности формирования структуры полупроводниковой ИМСна примере эпитаксиально-планарного транзистораРассмотрим фрагмент электронного устройства, изображенногона рис. 1.3. Данный фрагмент представляет собой простейший инвертор, который работает следующим образом. При поступлении на базу транзистора напряжения высокого уровня (логической единицы) он открываетсяи напряжение, снимаемое с коллектора, будет иметь низкий уровень (логический ноль).
И наоборот, если на вход поступает сигнал низкого уровня, на выходе будет сигнал высокого уровня. В цепи коллектора имеется резистор, к которому подключается напряжение питания Un. Следует отметить, чтов действительности схема обладает некоторой паразитной емкостью Спар (емкость коллекторного перехода, проводников и так далее). На схеме эта емкостьпоказана пунктиром.Реализация этого фрагмента в интегральном исполнении представлена нарис. 1.4.
В приповерхностном слое кремниевой пластины р-типа с помощьюбезмасочной диффузии доноров сформирован слой п-типа. Затем через окна вмаске, специально сформированной на поверхности с помощью фотолитографии, вводят в большом количестве акцепторы, формируя области р+-типа.
Образующиеся при этом переходы р+-п и р-п обеспечивают изоляцию друг от друга двух карманов: правого для транзистора и левого для резистора. Диффузионный резистор представляет собой область р-типа в кармане, обладающем птипом проводимости. Его сопротивление определяется удельным сопротивлением этой области и ее геометрическими размерами. Соединение элементовинвертора осуществляется металлизацией по поверхности пластины.Рис.
1.3. Схема инвертораРис. 1.4. Структура инвертораПриведенная на рис. 1.4 структура биполярного транзистора обладает одним серьезным недостатком. Как уже отмечалось, реальная схема инвертораобладает паразитной емкостью. Процессы переключения транзистораиз закрытого состояния в открытое и наоборот будут сопровождаться перезарядкой этой паразитной емкости. Длительность процесса перезарядки Спар зависит от величины этой емкости и от сопротивления тела коллектора,по которому протекает ток.
Для уменьшения времени перезарядки паразитнойемкости и, соответственно, для повышения быстродействия транзистора необходимо уменьшить сопротивление тела коллектора. Это можно было бы сделать, увеличив количество донорной примеси, вводимой для формирования области коллектора. Но тогда увеличится концентрация примеси вблизи поверх8ности пластины, а это приведет к снижению напряжения пробоя перехода коллектор – база.Решение проблемы повышения быстродействия транзистора заключаетсяв формировании слоя с повышенным содержанием доноров на некотором расстоянии от поверхности пластины. Этот так называемый скрытый слой уменьшает сопротивление тела коллектора.
В то же время снижения пробивного напряжения коллекторного перехода не происходит. Сформировать скрытый слойможно с помощью операции эпитаксии. Структура эпитаксиально-планарноготранзистора представлена нарис. 1.5.Толщинаисходнойкремниевой пластины, составляет обычно величину порядка400 мкм. Толщина эпитаксиального слоя, как правило, находится в диапазоне от 4Рис. 1.5. Структура эпитаксиально-планарногодо 15 мкм.
Транзистор изолитранзисторарован от соседних элементовпо периметру высокоомной границей р+-п-перехода, а снизу − такой же границей р--п+-перехода. Металлизация осуществляется обычно с помощью напыления пленки из алюминия с последующим селективным травлением. Даннаяструктура транзистора не является единственно возможной, существуют и другие конструкции.1.3. Общая характеристика технологического процесса изготовленияполупроводниковых ИМСНачальным этапом изготовления полупроводниковых микросхем является выращивание монокристаллического слитка кремния, содержащего заранееопределенное количество примесных атомов.
Слитки разрезают на пластины иобрабатывают их поверхности. С помощью многократно повторяющихся операций окисления, фотолитографии, эпитаксии, диффузии, ионной имплантации,металлизации и травления формируют элементы микросхемы, соединенныепроводящими дорожками на поверхности пластины. На одной пластине можетбыть изготовлено большое количество однотипных кристаллов (чипов). Затемвсе кристаллы тестируют, маркируя дефектные, и разрезают пластину на кристаллы.
После этого кристаллы монтируют в корпус и проводят заключительный функциональный контроль.Самыми важными операциями являются те из них, с помощью которыхнепосредственно формируется структура микросхемы, то есть окисление, эпитаксия, диффузия и так далее. Рассмотрим более подробно эти операциина примере эпитаксиально-планарного транзистора. Основные операции техно9логического процесса формирования структуры транзистора представлены нарис. 1.6.Исходную пластину (рис.
1.6а) окисляют и наносят по всей поверхноститонкий слой фоторезиста (рис. 1.6б). Фоторезист представляет собой вещество,изменяющее под воздействием ультрафиолетового излучения растворимостьв определенных травителях. Поверхность пластины облучают через специальный фотошаблон (рис. 1.6в), после чего облученные участки стравливают. Образуется маска из фоторезиста, рисунок которой переносят на нижележащийслой SiO2 (рис. 1.6г), после чего слой фоторезиста удаляют. Через образовав-Рис. 1.6. Основные операции формирования структуры эпитаксиально-планарного транзистора10шуюся маску из SiO2 проводят диффузию доноров и формируют скрытый слой(рис. 1.6д).
Затем маску из оксида кремния удаляют и наращивают на поверхности пластины эпитаксиальный слой монокристаллического кремния п-типа споследующим его окислением (рис. 1.6е). После этого наносят слой фоторезиста и облучают его через второй фотошаблон, формируя маску для диффузииакцепторов. С помощью диффузии акцепторов через окна в маске формируютсяобласти р+-типа, которые изолируют по периметру карман п-типа проводимости от соседних карманов (рис. 1.6ж). Повторяя операции окисления, нанесенияфоторезиста и облучения его через другие фотошаблоны, формируют областибазы и эмиттера транзистора.Металлизацию поверхности проводят с помощью еще двух операций фотолитографии.
Вначале с помощью первой операции в слое SiO2 формируютмаску, окна в которой обеспечивают доступ к областям эмиттера, базыи коллектора. После этого напыляют тонкий слой алюминия по всей поверхности (в том числе и в окна). Термообработка позволяет сформировать омический(невыпрямляющий) контакт алюминия к кремнию. Последняя операция фотолитографии позволяет удалить ненужные участки металлизации, оставив на поверхности только проводящие дорожки, соединяющие элементы микросхемыдруг с другом, и контактные площадки, обеспечивающие электрическое соединение внешних выводов микросхемы с кристаллом. В результате всех этих операций получается эпитаксиально-планарный транзистор, изображенный нарис.
1.6з.Технология изготовления полевого транзистора (МДП-транзистора),структура которого изображена на рис. 1.1б, значительно проще, чем биполярного. При изготовлении МДП-транзистора используется меньше операций фотолитографии (количество этих операций в основном и определяет трудоемкостьтехнологическогопроцесса),обычнонетнеобходимостив эпитаксиальном процессе, меньше проблем с изоляцией транзисторов другот друга. Полевые транзисторы занимают на кристалле существенно меньшуюплощадь, чем биполярные.
Они имеют большое входное сопротивление,их потребляемая мощность, как правило, невелика. Вместе с тем полевые транзисторы уступают биполярным по быстродействию. Поэтому иногда применяют комбинированную технологию, а именно, входные каскады микросхемы изготовляют на полевых транзисторах, а остальную часть – на основе биполярныхтранзисторов.Контрольные вопросы1. Как классифицируют интегральные микросхемы по технологии их изготовления?2. Чем отличаются структуры биполярного и полевого транзисторов полупроводниковыхИМС?3.
В чем проявляются ограничения полупроводниковой технологии ИМС?4. Перечислите основные технологические операции изготовления полупроводниковыхИМС и объясните их назначение.112. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ2.1. Получение поликристаллического кремнияВ производстве полупроводниковых интегральных микросхем наибольшее распространение получил кремний.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
