- •1. Общая характеристика микроэлектроники .
- •2. Основные направления развития микроэлектроники
- •3. Современная микроэлектроника и перспективы ее развития
- •1.Термическое вакуумноенапыление.
- •3) Метод
- •4) Метод
- •8.Изложите физические основы процесса диффузии
- •9. Опишите законы диффузии
- •Второй закон Фика
- •10. Опишите распределение примеси при диффузии из источника бесконечной мощности
- •11. Приведите пример распределения примеси при диффузии из источника ограниченной мощности
- •12. Перечислите физические основы метода ионного легирования
- •13. Поясните распределение концентрации примесей в ионно-легированных слоях
- •14. Приведите физические основы процессов эпитаксии
- •Механизм формирования слоев
- •Силановый метод
- •4. Методы удаления загрязнений.
- •2. Трудно воспроизводимы глубокие легированные области;
- •3. Сложное оборудование;
- •Силановый метод
- •22. Приведите примеры классификации полупроводниковых имс по конструктивно-технологическому исполнению
- •23. Поясните этапы формирования структуры имс по планарно-эпитаксиальной технологии
- •Транзисторы с барьером Шоттки
- •Имс на мдп структуре
- •26. Объясните сущность метода очистки поверхности полупроводниковых пластин и понятия «технологически чистая поверхность»
- •27. Приведите примеры методов получения тонких пленок в микроэлектронной технологии
- •28. Приведите примеры методов литографии с высоким разрешением
- •29 Билет
- •30 Билет
- •35 Билет
- •36. Поясните структуру имс по epic-технологии
- •37. Проанализируйте последовательность изготовления биполярных имс методом локальной эпитаксии
- •38. Проанализируйте требования, предъявляемые к контактным системам для интегральных микросхем
- •39. Сравните достоинства и недостатки однослойных и многослойных контактных систем
- •40. Поясните методы формирования омических контактов и контактных систем
- •41. Проанализируйте дефекты контактных систем и методы их контроля
- •42. Опишите конструктивно-технологические особенности мдп имс
- •43. Поясните особенности изготовления тонкооксидных р-канальных мдп имс.
- •44.Проанализируйте технологию изготовления структур мдп имс с фиксированными затворами.
- •45.Приведите пример изготовления мдп имс с металлическими затворами с помощью ионной имплантации.
- •46.Проанализируйте технологию изготовления структур кмдп имс.
- •47.Сравните методы улучшения качества мдп имс.
- •48.Приведите пример расчета однородности пленок при напылении.
- •49.Проанализируйте понятия наноэлектроника и нанотехнологии
- •50. Опишите особенности физических процессов в квантово-размерных структурах
- •51. Проанализируйте условия наблюдения квантовых размерных эффектов
- •52. Сравните квантовые нити и квантовые точки
- •53 Проанализируйте физические и технические основы работы растровых электронных микроскопов
- •54.Проанализируйте методы формирование квантовых точек
- •55 Проанализируйте принцип действия атомно-силового микроскопа
23. Поясните этапы формирования структуры имс по планарно-эпитаксиальной технологии
Планарно-эпитаксиальные ИМС аналогичны планарно-диффузионным. Однако их структуру создают методами эпитаксиального наращивания тонкого монокристаллического слоя кремния n-типа на относительно высокоомную пластину кремния р-типа и последовательной двойной локальной диффузии легирующих примесей в эпитаксиальный слой. Формирование локальных областей в полупроводниковом кристалле под элементы схемы определяется методом изоляции. Так, изоляция элементов p-n-переходами в планарно-эпитаксиальных ИМС достигается путем проведения односторонней селективной (разделительной) диффузии акцепторной примеси на всю толщину эпитаксиального слоя. При этом образуются локальные области эпитаксиального слоя с электропроводностью n-типа, окруженные со всех сторон изолирующими областями p-типа. Для формирования транзисторной структуры в этих областях используют только два последовательных процесса диффузии. Структура планарно-эпитаксиалъной ИМС с изолирующими р-n-переходами показана на рис. 3.2, а.
Планарно-эпитаксиальные ИМС с диэлектрической изоляцией отличаются тем, что в них элементы изолируются друг от друга с помощью диэлектрического материала, как показано на рис. 3.2, б. В данном случае в качестве диэлектрического материала наиболее часто применяют слои двуокиси кремния, нитрида кремния, карбида кремния, иногда стекло, керамику и другие диэлектрики. Подложкой при этом служит поликристаллический кремний, сапфир или керамика.
24. Сравните конструкции и основные параметры n-p-n биполярных транзисторов и транзисторов с барьером Шоттки
Кратко: для ответа необходимо зарисовать рисунки. Но этого недостаточно.
ИМС на биполярной транзисторной структуре
Большинство биполярных транзисторов изготовляют по планарной технологии со структурой n-p-n+-типа, хотя в некоторых случаях используют и транзисторы n-p-n-типа. Транзисторы n-p-n+-типа (коллектор — база — эмиттер) имеют улучшенные электрические характеристики по сравнению с транзисторами р-n-р-типа, что обусловлено рядом физических и технологических факторов.
Транзисторы классифицируют по способу изоляции и технологии изготовления (характеру примесного распределения), как это принято в классификации структур полупроводниковых ИМС. По способу изоляции различают структуры, изолированные р-n-переходом, диэлектрическим слоем и их комбинацией. По технологии изготовления независимо от способа изоляции транзисторы подразделяются на планарно-диффузионные, планарно-эпитаксиальные и изопланарные.
Планарно-эпитаксиальные транзисторы. Наиболее экономичной при массовом производстве ИМС является планарно-эпитаксиальная технология с изоляцией элементов р-n-переходом. Поэтому планарно-эпитаксиальные транзисторы являются наиболее распространенными для построения различных микросхем. Кроме того, транзисторы, изготовленные по планарно-эпитаксиальной технологии, обладают улучшенными параметрами и характеристиками по сравнению с планарно-диффузионными. Следует отметить, что планарно-эпитаксиальная технология помимо основных видов с изоляцией элементов p-n-переходом и диэлектриком имеет несколько модификаций; среди них наиболее перспективными считаются изопланарный процесс и технологический процесс, в котором изоляция элементов осуществляется при диффузии коллектора.
Планарно-диффузионные транзисторы с изоляцией р-n-переходом (рис. 3.7, а) изготовляют путем последовательного проведения локальной диффузии легирующих примесей для формирования коллекторной, базовой и эмиттерной областей (тройная диффузия) в пластину р-типа. Изолирующий р-n-переход создается в процессе формирования коллекторной диффузионной области. Особенностью планарно-диффузионных транзисторов является неравномерное распределение концентрации примеси в коллекторной области (рис. 3.8, а), а следовательно, неравномерное сопротивление тела коллектора, достигающее больших значений. Это проявляется в низком пробивном напряжении перехода коллектор — подложка и сильном влиянии подложки на электрические параметры данных транзисторов, что ограничивает их применение.
Планарно-эпитаксиальные транзисторы (рис. 3.7, б) изготовляют методом двойной диффузии. При этом базовая и эмиттерная области формируются локальной диффузией примесей в эпитаксиальный n-слой, предварительно выращенный на пластине кремния р-типа и являющийся коллектором, а изоляция р-n-переходом осуществляется локальной разделительной диффузией на всю глубину эпитаксиального слоя, по всему периметру транзистора перед формированием базовой и эмиттерной областей. Такие транзисторы имеют равномерное распределение примеси в коллекторе (рис. 3.8, б).
Для уменьшения сопротивления тела коллектора и степени влияния подложки в планарно-эпитаксиальных транзисторах создают скрытый n+-слой в коллекторе (рис. 3.7, в). Его получают дополнительной локальной диффузией донорной примеси, которая предшествует эпитаксиальному наращиванию. Наличие скрытого слоя связано с неравномерным распределением примесей в коллекторе (рис. 3.8, в), что приводит к образованию внутреннего статического электрического поля. Это поле тормозит движение неосновных носителей заряда (дырок), инжектированных из базы в коллектор в режиме насыщения. При наличии скрытого слоя избыточные неосновные носители заряда в режиме насыщения накапливаются в относительно высокоомной области коллектора, прилегающего к переходу коллектор — база. При этом подложка слабо влияет на распределение неосновных носителей в коллекторе, а следовательно, на параметры транзистора.
Планарно-эпитаксиальные транзисторы с диэлектрической изоляцией (рис. 3.7, г) изготовляют путем локальной диффузии для формирования базовой и эмиттерной областей в специальные «карманы» — локализованные однородно легированные n-области, предварительно изолированные друг от друга и поликристаллической подложки слоем диэлектрика, чаще всего — окислом кремния. Распределение примесей в таких транзисторах аналогично распределению у планарно-эпитаксиальных транзисторов с изоляцией р-n-переходом. Однако для данной структуры характерны малые потери в изоляции, минимальные значения удельного сопротивления коллекторной области, повышенные частотные свойства.
В транзисторах, изготовленных по технологии изолирующей диффузии коллектора, изолирующий р-n-переход создается глубокой диффузией примеси n-типа сквозь тонкий эпитаксиальный р-слой до смыкания со скрытым n+-слоем. Образовавшаяся замкнутая n-область является коллектором, а расположенная внутри нее р-область — базой транзистора, эмиттер создается локальной диффузией примеси n-типа в базовую область (рис. 3.7, д). Особенностью таких транзисторов является низкое удельное сопротивление коллекторной области, повышенный коэффициент усиления в инверсном режиме и пониженное напряжение пробоя коллекторного перехода.
В транзисторах, изготовленных по изопланарной технологии, изоляция достигается глубоким окислением эпитаксиального слоя кремния n-типа до смыкания окисла со скрытым слоем n+-типа. Часть эпитаксиального слоя, предварительно защищенная нитридом Si3N4, не подвергается окислению и служит коллекторной областью, в которой последовательной локальной диффузией формируются р-базовая и эмиттерная n+-области (рис. 3.7, е). В результате создаются планарно-эпитаксиальные транзисторы с комбинированной изоляцией: окислом и р-n-переходом.
Независимо от способа изготовления и изоляции для планарно-эпитаксиальных транзисторов специфичным является неравномерное распределение примесей в базовых и эмиттерных областях, характер которого определяет основные параметры и свойства транзисторов. После формирования структуры транзистора распределение диффундирующей примеси в каждой структурной области имеет вид, показанный на рис. 3.8. При этом распределение примеси в базовой области подчиняется функции Гаусса, а в эмиттерной оно близко к функции erfc. Однако на основные параметры транзистора определяющее влияние оказывает характер результирующего примесного распределения, определяемого как
где — концентрация донорной примеси;— концентрация акцепторной примеси.
В точках эмиттерного хэ и коллекторного хк металлургических переходов результирующая концентрация примесей равна нулю:
Такое неравномерное распределение результирующей примеси приводит к возникновению в транзисторной структуре внутренних статических электрических полей, напряженность которых определяют решением уравнения плотности токов для каждой структурной области.