- •1 Глава: Введение. Структура и принцип действия мдп-транзистора.
- •2 Глава: маршрут изготовления кмдп структуры
- •3 Глава:
- •3.1 Эпитаксия.
- •Механическая обработка кремния.
- •3.2 Травление.
- •Методы контроля чистоты поверхности пластин
- •3.3 Плазмохимическое травление
- •Окисление
- •Окисление кремния при комнатной температуре
- •Кинетика роста окисла кремния
- •Влияние парциального давления окислителя
- •Влияние типа и концентрации примеси в подложке
- •Осаждение нитрида кремния
- •Диффузия.
- •Механизмы диффузии примесей
- •Распределение примесей при диффузии
- •Диффузия из бесконечного источника
- •Второй этап диффузии
- •3.5 Ионная имплантация
- •Характеристики процесса имплантации
- •Дефекты структуры в полупроводниках при ионном легировании
- •Основные типы дефектов, образующихся при ионном легировании полупроводника
- •3.6 Отжиг
- •Распределение примеси при термическом отжиге
- •Низкотемпературный отжиг
- •3.7 Формирование охранных областей.
- •3.8 Процессы литографии
- •Позитивные фоторезисты
- •Металлизация
- •4Глава: Особенности субмикронных технологий. Конструкции моп-транзисторов в сбис
- •Методы улучшения характеристик моп-транзисторов
- •Транзисторы с двойным и с окольцовывающим затвором
- •Другие типы транзисторных структур
- •5 Глава: Технология производства биполярных сбис
- •6 Глава: Биполярные транзисторы
- •6.1. Транзисторы типа n-p-n.
- •Транзисторы типа p-n-p.
5 Глава: Технология производства биполярных сбис
Рассмотрим основные технологические этапы производства биполярных ИС на примере создания n-p-n транзистора.
1 этап. В качестве исходного материала используют 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 (см. рис. 5.1).
Рис.5. 1
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 в глубь 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 (см. рис. 5.2) на поверхности кремния формируют двухслойный диэлектрик, состоящий из двуокиси и нитрида кремния. Слой Si3N4 толщиной 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.5.2.
На 3 этапе (рис. 5.3) 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.5.3.
4 этап. После удаления фоторезиста подложки подвергаются термическому окислению до тех пор, пока весь эпитаксиальный слой, не защищенный пленкой Si3N4, не проокислится (рис. 5.4). Затем слой нитрида кремния селективно удаляют с сохранением слоя двуокиси кремния.
Рис.5.4.
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. 5.5). 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.5.5.
На 6 этапе (рис. 5.6) 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.
После ионной имплантации примесь разгоняют на желаемую глубину в почти инертной атмосфере. Образующуюся при этом над контактными областями эмиттера и коллектора окисную пленку удаляют в разбавленном растворе HF.
Рис.5. 6.
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.5.7) 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.5.7.