Раздел II. Технологии изготовления ис

1.Понятие о конструкции полупроводниковых интегральных микросхем

Технология изготовления полупроводниковых ИС заключа­ется в следующем. Элементы микросхемы (диоды, транзисторы, резис­торы, конденсаторы) и их соединения создаются в объеме и на поверх­ности полупроводниковой пластины. На рис. 9.1 показа­на последовательность основных технологических операций изготов­ления полупроводниковой интегральной микросхемы на биполярных транзисторах, получаемых по планарно-эпитакси­альной технологии. Они включают:

1) полирование и очистку кремниевой пластины р-типа — основы будущей интегральной схемы (рис. 9.1, а);

2) диффузию примеси для получения скрытого слоя транзисторов (рис.ниже, б);

3) наращивание эпитаксиального слоя (слоя кремния n-типа про­водимости) (рис. ниже, в);

4) наращивание поверх эпитаксиального слоя пленки диоксида кремния (SiO₂) — изоляционного слоя, выполняющего две задачи: защиту поверхности полупроводника и термостойкое маскирование при диффузии (для упрощения рисунка слой оксида не показан);

5) создание разделительной диффузии для получения изолированных локальных областей (рис. ниже, г);

6) диффузию примеси для получения базовых областей транзисторов, анодных областей диодов и диффузионных резисторов (рис. ниже, д);

7) диффузию примеси для получения эмиттерных областей транзис­торов, конденсаторов и участков для создания контактов к коллектор­ным областям (рис. ниже, е);

8) вытравливание окон в поверхностном слое для проведения опе­раций диффузии и соединения тонких металлических пленок с контак­тами;

9) нанесение слоя металлизации для получения тонкопленочных металлических соединений между элементами схемы (рис. ниже, ж);

10) пассивацию кристалла с освобождением от оксида мест для резки его скрайбированием (для упрощения рисунка слой оксида не показан).

При этом используются методы диффузии и фотолитографии. С по­мощью диффузии создаются объемные структуры элементов. Фотолито­графия позволяет получать необходимую конфигурацию этих структур в плоскости. На рис. 9.2 показано, как формируется маска требуемой конфигурации, сквозь окна которой примеси диффундируют в полу­проводник для создания соответствующих областей будущих элемен­тов (резисторов, транзисторов и др.).

На поверхность маскирующей пленки, покрывающей полупровод­ник, наносят слой фоторезиста, который обладает кислотостойкостью и чувствительностью к излучениям. Через специальный стеклянный не­гатив (фотошаблон) с изображением рисунка соответствующих облас­тей элементов (рис. 9.3) фоторезист засвечивается. Незакрытые фото­шаблоном участки фоторезиста изменяют свои свойства под действи­ем излучения. Неэкспонированные участки фоторезиста удаляют. В ре­зультате создается маска, повторяющая рисунок фотошаблона и позво­ляющая снять маскирующий слой с открытых участков поверхности по­лупроводника. Для полного технологического цикла обработки плас­тины требуется несколько фотошаблонов. Из-за очень малых размеров полупроводниковой микросхемы (иногда порядка 1 мм * 1мм) на одной кремниевой пластине диаметром 40 ...80 мм изготовляется одновременно не­сколько сотен (групповой метод изготовления) одинаковых микро­схем (рис. 9. 4). Поэтому фотошаблон готовят для всей площади крем­ниевой пластины.

Все элементы полупроводниковой микросхемы создаются на транзисторной структуре. В транзисторе используются все области: коллекторная, базовая, эмиттерная. На рис. 9.5, 9.6 показаны поперечное сечение типового транзистора, его структура и геометрия в плане. На рис. 9.7 - 9.10 изображены структура и геометрия возможных вариантов диода, резистора, конденсаторов.