Учебное пособие 800324

сид. Изопланарная технология позволяет создавать тонкие базовые области и небольшие коллекторные области с оксидными боковыми стенками и тем самым обеспечивает получение транзисторных структур малых размеров и высокого быстродействия.

Имеются две разновидности изопланарной технологии: «Изопланар-I» и «Изопланар-II». При изготовлении ИМС по процессу «Изопланар-I» в качестве исходной используют кремниевую пластину р-типа с эпитаксиальным n-слоем и скрытым n+-слоем. Начинают процесс с наращивания на поверхности пластины слоя нитрида кремния (рис. 4.6, а), в котором с помощью фотолитографии формируют окна под изолирующие области. Затем производят травление кремния на глубину, больше половины толщины эпитаксиального слоя (рис. 4.6, б), после чего окислением вытравленные канавки заполняют оксидом кремния (рис. 4.6, в). После удаления слоя нитрида при маскировании оксидом кремния в локализованных островках кремния («карманах») формируют транзисторные структуры и осуществляют металлизацию (рис. 4.6, г).

Процесс «Изопланар-II» отличается тем, что в формируемой транзисторной структуре эмиттерные области боковой стороной выходят на изолирующий слой, а приконтактные области коллекторов формируются в самостоятельных «карманах» и соединяются с базово-эмиттерными областями скрытыми n+-слоями. При этом упрощаются процессы совмещения и конфигурации фотошаблонов и улучшаются параметры транзисторов.

В качестве исходных используют двухслойные пластины кремния р-типа с эпитаксиальным и скрытым слоями (рис. 4.7, а). При этом в зависимости от структуры формируемых транзисторов эпитаксиальный слой может быть разной электропроводности: при изготовлении транзисторных структур с эпитаксиальной базой р-типа, а транзисторных структур с диффузионной базой n-типа.

После этого на поверхности создают слой нитрида кремния, из которого формируется защитная маска для создания

29

транзисторов и резисторов. Не защищенные нитридом области кремния подвергают травлению на относительно большую глубину, что позволяет уменьшить высоту ступенек толстого изолирующего оксида на поверхности пластины (рис. 4.7, б). В результате длительного низкотемпературного окисления области глубокого травления кремния заполняются изолирующим оксидом, а участки, покрытые нитридом кремния, остаются не окисленными (рис. 4.7, в). При этом формируются изолированные оксидом области кремния, в которых далее создают транзисторы, диоды и резисторы.

Последовательность следующих операций зависит от типа электропроводности выращенного эпитаксиального слоя. Для структур с эпитаксиальной базой, т. е. в случае выращенного эпитаксиального слоя р-типа, следующей операцией является глубокая диффузия примесей n-типа к коллекторным областям транзистора. Для ее проведения осуществляют селективное травление нитрида кремния с соответствующих участков пластины, практически не затрагивающее изолирующий оксид. При этом для облегчения совмещения используют фотошаблоны с перекрытием областей изолирующего оксида. В результате проведения глубокой диффузии создаются участки электропроводности n+-типа, которые отделены от базовых областей изолирующим оксидом.

Далее при необходимости проводят фотолитографию в нитриде кремния, защищающем базовые области, для вскрытия окон под диффузию примесей р-типа. Такую диффузию проводят для получения резисторов с различным сопротивлением. При осуществлении данного процесса могут быть получены резисторы на различных слоях: базовом р-типа, эпитаксиальпом n-типа, скрытом и глубоком диффузионном n+-типа. Глубокий диффузионный слой и скрытый слой можно использовать также для внутрисхемных соединений.

В случае изготовления структур с диффузионной базой, когда предварительно был выращен эпитаксиальный n-слой, после создания изолирующего оксида формируют базовые области р-типа. Для этого путем фотолитографии в нитриде

30

вскрывают окна под базовые области и проводят диффузию примеси р-типа. При этом могут формироваться и диффузионные резисторы.

Затем независимо от типа изготовляемых структур создают эмиттерные области. С поверхности пластины удаляют нитрид, пластину подвергают термическому окислению. В слое оксида путем фотолитографии формируют окна под эмиттерные области и проводят диффузию примеси n+-типа. В структурах с диффузионной базой одновременно с получением эмиттерных областей создают высоколегированные области n+-типа к коллектору.

31

Завершается изопланарный технологический процесс изготовления кристаллов ИМС металлизацией – созданием контактов к структурным элементам и внутрисхемных соединений между ними (рис. 4.7, г) и нанесением защитного слоя. Осуществляют это с помощью обычных процессов фотолитографии в слое SiO2, вакуумного напыления алюминия, фотогравировки по алюминию, вжигания алюминия и пассивации.

4.3.2. Эпипланарная технология

Данная технология является разновидностью изопланарного процесса, в котором изменена последовательность формирования структур, а окончательная конструкция кристалла остается прежней.

Рис. 4.8. Последовательность формирования полупроводниковой ИМС по эпипланарной технологии

Процесс (рис. 4.8) основан на локальном селективном эпитаксиальном наращивании кремния в окнах толстого оксида кремния. Для этого на поверхности пластины кремния р- типа с эпитаксиальным n-слоем пиролитически осаждают слой оксида кремния толщиной 2,0-2,5 мкм, в котором вскрывают окна (рис. 4.8, а). Затем проводят локальное эпитаксиальное наращивание кремния n-типа (рис. 4.8, б) и в полученных таким образом «карманах» n-типа формируют транзисторы и другие элементы (рис. 4.8, в).

Эпипланарная технология позволяет реализовать в локальных эпитаксиальных слоях толщиной 2 мкм транзисторы с малыми паразитными связями. Она перспективна для ВЧмикроэлектроники. Основной недостаток этой технологии –

32

трудность воспроизведения процессов локальной эпитаксии, что сдерживает ее широкое применение.

4.3.3.Полипланарная технология

Воснову полипланарной технологии положено вертикальное анизотропное травление кремния с ориентацией (110), что позволяет формировать в эпитаксиальном слое V- образные разделительные области для межэлементной изоляции. Различают две разновидности этой технологии: V-ATE- процесс и VIP-процесс.

Для формирования кристалла ИМС по V-ATE-процессу

используют двухслойные кремниевые пластины р-типа с эпитаксиальным n-слоем и скрытыми n+-слоями, в которых локальной диффузией акцепторной примеси создают базовые области (рис.4.9, а). Затем в условиях маскирования оксидом кремния производят травление V-образных канавок на всю глубину эпитаксиального слоя (рис.4.9, б), после чего поверхность V-образных канавок покрывают тройным диэлектриче-

ским слоем SiO2-Si3N4-SiO2 (рис.4.9, в). После этого формируют локальные высоколегированные эмиттерные и приконтактные коллекторные области n+-типа. Завершают процесс металлизацией, для чего используют алюминий или трехслойную систему Ti-Pt-Аu. При этом металлизированная разводка расположена на рельефной поверхности (рис.4.9, г).

Отличительной особенностью VIP-процесса является формирование кристаллов ИМС с гладкой поверхностью, что повышает качество и надежность внутрисхемных соединений. Для этого полученную после травления рельефную поверх-

ность (рис.4.10, а) защищают двойным слоем SiO2-Si3N4 (рис.4.10, б), поверх него выращивают поликристаллический кремний, лишнюю часть которого удаляют полированием до

слоя Si3N4 (рис.4.10, в). Завершают формирование элементов и внутрисхемных соединений металлизацией, как по обычной технологии (рис.4.10, г).

33

Контрольные вопросы

1.С какой целью производится изоляция элементов ИМС?

2.Назовите основные методы изоляции элементов ИМС.

3.Дайте сравнительную характеристику разновидностей изоляции p-n – переходом, созданных с использованием следующих методов: «стандартная технология», «коллекторная изолирующая диффузия», «базовая изолирующая диффузия».

4.В чем заключается «эффект тиристорного защелкивания»? Каким образом надо проектировать ИМС, что бы избежать проявления этого эффекта?

34

5.Опишите последовательность технологических операций в ходе создания разделительной изоляции по методам, перечисленным в пункте 3.

6.Назовите известные вам методы изоляции диэлектри-

ком.

7.В чем заключаются преимущества и недостатки изоляции диэлектриком по сравнению с изоляцией p-n – переходом?

8.Опишите последовательность технологических операций в ходе создания разделительной изоляции по технологиям: «ЭПИК-процесс», «декаль-метод» и «КНС».

9.Перечислите известные вам методы комбинированной изоляции.

10.Достоинства и недостатки комбинированной изоляции.

11.Опишите последовательность технологических операций в ходе создания разделительной изоляции по технологиям: «изопланар», «эпипланар» и «полипланар».

12.В чем достоинства и недостатки комбинированной изоляции по сравнению с изоляцией p-n – переходом и изоляцией диэлектриком?

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Курносов А.И. Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем [Текст] / А.И. Курносов, В.В. Юдин. – М.: Высш. шк., 1986.

2.Аваев Н.А. Основы микроэлектроники [Текст]: учебник для вузов / Н.А. Аваев, Ю.Е. Наумов, В.Т. Фролкин. – М.: Радио и связь, 1991. – 288 с.

3.Ефимов И.Е. Микроэлектроника [Текст]: учеб. пособие для вузов / И.Е. Ефимов, И.Я. Козырь, Ю.И. Горбунов. – М.: Высш. шк., 1986. – 464 с.

4.Викулин И.М Физика полупроводниковых приборов [Текст] / И.М. Викулин, В.И. Стафеев.– М.: Советское радио, 1980. – 296 с.

5.Коледов Л.А. Технология и конструирование микросхем, микропроцессоров и микросборок [Текст] / Л.А. Коле-

35

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к практическим занятиям (семинарам) по дисциплине «Микроэлектроника» для студентов направления 16.03.01 «Техническая физика» (направленность «Физическая электроника») очной формы обучения.

Составитель: Коротков Леонид Николаевич

В авторской редакции

Компьютерный набор Л.Н. Короткова

Подписано к изданию 05.12.2017. Уч.- изд. л. 2,3.

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

394026 Воронеж, Московский просп., 14