1
.pdfУльтразвуковая сварка может выполняться без специально организованного нагрева, т.к. тепло, необходимое для повышения пластичности, выделяется в результате трения перемычки о площадку. Сварочный инструмент жестко закрепляется в концентраторе магнитострикционной головки (рис. 9,г) и вместе с ним совершает продольные колебательные движения, "втирая" перемычку в площадку. Частота ультразвуковых колебаний выбирается в пределах 20-60кГц, а амплитуда - 0,5-2мкм.
41 Основы технологии производства n-МОП СБИС
Транзистор на основе структуры металл - окисел - полупроводник (МОП) является одним из наиболее широко используемых элементов СБИС.
Подложка.
В качестве подложки выбирается кремний p-типа проводимости легированный
бором КДБ (100) с концентрацией примеси 1015 - 1016см-3. Выбор такой концентрации обусловлен несколькими причинами. С одной стороны уменьшение содержания примеси приводит к снижению чувствительности порогового напряжения к напряжению смещения на подложке и уменьшению емкости p-n-переходов, приводя к увеличению быстродействия транзистора. С другой стороны возрастает концентрация неосновных носителей, вызывающих рост тока утечки через обратно смещенный p-n-переход, что может привести к соприкосновению областей пространственного заряда стока и истока транзистора (привести к проколу). Одним из вариантов решения этого противоречия является выращивание слаболегированных эпитаксиальных кремниевых слоев на сильнолегированной подложке, имеющей малую концентрацию неосновных носителей.
Ориентация кремниевой подложки (100) имеет преимущество по сравнению с
(111), заключающееся в более высокой подвижности электронов, обусловленной низкой плотностью поверхностных состояний на границе кремний-диэлектрик.
Этапы технологического процесса.
1 этап: Ионная имплантация бора для создания изоляции между транзисторами с помощью p-n-переходов.
Рис. 2. 1-ый этап формирования.
На поверхность кремниевой подложки наносятся промежуточный слой термической двуокиси кремния и слой нитрида кремния, играющий роль маски при последующем локальном окислении кремния. Далее с помощью процесса литографии на поверхности вытравливаются окна, в которые осуществляется ионная имплантация бора.
Иногда имплантацию осуществляют через слой окисла для уменьшения концентрации примеси в подложке и глубины ее проникновения.
2 этап.
Рис. 3. 2-ый этап формирования.
На этом этапе проводятся следующие технологические операции:
-локальное окисление кремния (ЛОКОС процесс);
-формирование подзатворного окисла (после удаления промежуточных слоев двуокиси и нитрида кремния);
-имплантация бора для регулировки порогового напряжения нормально закрытых транзисторов;
-формирование окна под скрытый контакт.
ЛОКОС процесс
Диэлектрический слой формируется по технологии локального окисления кремния
(ЛОКОС процесс). Данная технология имеет преимущества по сравнению с обычным способом выращивания толстого слоя двуокиси кремния над всей поверхностью подложки с последующим вскрытием окон для создания активных транзисторов: во-
первых - рельеф поверхности более гладкий, т. к. часть изолирующего окисла располагается под поверхностью подложки, во-вторых - область, ограничивающая распространение канала, самосовмещается с активными областями транзисторов.
3 этап.
Рис. 5. 3-ый этап формирования.
На данном этапе проводится ионная имплантация мышьяка для формирования канала нормально открытого транзистора. Использование мышьяка вместо фосфора обусловлено меньшей глубиной его проникновения в полупроводниковую подложку.
4 этап.
Рис. 6. 4-ый этап формирования.
Проводится нанесение поликристаллического кремния с его последующим легированием мышьяком. Поликремний выполняет роль будущих затворов,
предотвращает p-каналы от дальнейшей перекомпенсации акцепторной примеси мышьяком и служит материалом для последующего соединения стока и затвора нормально открытого транзистора. На этом этапе достигается самосовмещение стоков,
истоков и затворов.
5 этап.
Рис. 7. 5-ый этап формирования.
Заключительный этап формирования схемы. На нем осуществляются:
-литография под металлизацию к стокам и истокам транзисторов;
-нанесение фосфорсиликатного стекла (ФСС), которое предотвращает диффузию ионов натрия, сглаживает рельеф поверхности, производит дополнительную активацию примеси;
-формируется пассивирующий диэлектрический слой (окисел или плазмохимический нитрид кремния).
Технология производства биполярных СБИС
Биполярные интегральные схемы в основном применяются в быстродействующих запоминающих устройствах и логических схемах, используемых в вычислительных системах. Рассмотрим основные технологические этапы производства биполярных ИС на примере создания n-p-n-транзистора.
1 этап
В качестве исходного материала используются слаболегированные подложки p-
типа, ориентированные по плоскостям (100) или (111). На подложке формируются
скрытый низкоомный слой n+ кремния, предназначенный для уменьшения сопротивления коллектора и, следовательно, уменьшающий рассеиваемую в нем мощность, и
низкоомный n-слой эпитаксиального кремния, задающий достаточно высокое напряжение пробоя коллектор – база (рис. 10).
Рис. 10. Формирования скрытого n+ и эпитаксиального слоя кремния на подложке p-типа.
Для реализации этого проводят следующие технологические операции:
окисление кремниевой подложки, используемой в качестве маскирующего
слоя для диффузии скрытых слоев,
вскрытие контактных окон,
|
ионная имплантация мышьяка или сурьмы в контактные окна для |
формирования скрытого n-слоя, |
|
|
термический отжиг для разгонки легирующей примеси вглубь кремниевой |
подложки (отжиг проводят в окисляющей атмосфере). При этом вследствие разницы в скоростях окисления незащищенной поверхности скрытого слоя и окружающей его окисленной поверхности подложки по периметру скрытого слоя образуется ступенька, т.
е. этот слой несколько заглублен по отношению к остальной поверхности. Ступенька используется в дальнейших технологических операциях в качестве метки совмещения),
удаление окисла со всей поверхности подложки,
нанесение эпитаксиального n-слоя кремния.
На 2 этапе производства ИС (рис. 11) на поверхности кремния формируют двухслойный диэлектрик, состоящий из двуокиси и нитрида кремния. Слой Si3N4толщиной
100 нм является маской при последующем окислении кремния, а SiO2 толщиной 50 нм
служит для минимизации числа дефектов в кремнии (уменьшает величину механических
напряжений и защищает поверхность полупроводника). Затем проводят фотолитографию для определения положения изолирующих областей транзистора.
Рис. 11. Формирование двухслойного диэлектрика и фотолитография.
На 3 этапе (рис. 12) поверхность, не защищенную фоторезистом, подвергают травлению, удаляя при этом двухслойный диэлектрик и частично - эпитаксиальный слой.
На этом же этапе проводят ионную имплантацию бора в протравленные участки для формирования областей, ограничивающих распространение канала и по ЛОКОС технологии формируют слои изолирующего окисла. Увеличение уровня легирования p-
подложки под изолирующим окислом предотвращает инверсию типа проводимости поверхности полупроводника и, следовательно, возможное установление электрической
связи между скрытыми слоями соседних
приборов.
Рис. 12. Травление диэлектрика, ионная имплантация бора.
4 этап. После удаления фоторезиста подложки подвергаются термическому окислению до тех пор, пока весь эпитаксиальный слой, не защищенный пленкой Si3N4, не
прокислится (см. рис. 4). Затем слой нитрида кремния селективно удаляют с сохранением слоя двуокиси кремния.
Рис. 13. Удаление фоторезиста, термическое окисление, селективное удаление Si3N4,
нанесение фоторезиста, ионная имплантация бора.
Далее на поверхность наносится фоторезист и осуществляется ионная имплантация бора для формирования области базы. Начиная с этого этапа, высокотемпературные или длительные отжиги не производят для избежания разгонки мелких p-n-переходов,
необходимых при производстве СБИС, на большие глубины. Имплантация проводится через пленку окисла, поэтому процесс каналирования ионов примеси ослабевает и исчезает необходимость в проведении последующего после имплантационного отжига в окисляющей атмосфере.
5 этап производства - формирование контактных окон к областям эмиттера,
коллектора и базы, которые могут быть вскрыты одновременно с помощью одного шаблона (рис. 14). В этом варианте формирования ИС разделение между эмиттерным и базовым контактами определяется заданным минимальным расстоянием между металлическими контактами, а не этапом совмещения, что определяет относительно
малую площадь, занимаемую транзистором, и, следовательно, снижает сопротивление базы.
Рис. 14. 5-ый этап.
На 6 этапе (рис. 15) формируют эмиттер и высоколегированную область коллектора. Заметим, что подвергаемая ионной имплантации площадь эмиттера определяется размером вскрытого в окисле окна. Легирование осуществляется низкоэнергетичными ионами мышьяка для уменьшения глубины их проникновения в полупроводник.
Рис. 15. 6-ой этап.
После ионной имплантации примесь разгоняют на желаемую глубину в почти инертной атмосфере. Образующуюся при этом над контактными областями эмиттера и коллектора окисную пленку удаляют.
Далее на поверхность подложки наносят слой Si3N4, защищающий поверхность
прибора от попадания подвижных ионов натрия. Для формирования контактов в нитриде кремния впоследствии вскрываются окна. Процесс вскрытия окон осуществляют с использованием еще одного процесса фотолитографии или с применением самосовмещения. В последнем варианте проводят электрохимическое травление нитрида кремния. В местах контакта с кремнием он путем анодирования превращается в двуокись кремния, стравливаемую впоследствии в плавиковой кислоте, а в местах контакта с SiO2 остается неизменным.
На заключительном этапе (рис. 7) проводится металлизация и покрытие прибора слоем фосфорсиликатного стекла. В качестве контактного слоя при металлизации обычно используют PtSi, а верхний слой металлизации формируют из TiPtAu.
Рис. 16. 7-ой этап.