химический каталог




Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем

Автор А.И.Курносов, В.В.Юдин

е и емкостные связи. Поэтому одной из главных проблем при создании полупроводниковых микросхем является проблема изоляции элементов с целью устранения паразитных связей. Существует две группы методов изоляции: с помощью обратносме-щенных р-л-переходов и с помощью диэлектрика. Изолирующие ?-?-переходы создают преимущественно методом диффузии. Достоинства методов изоляции с помощью обратносмещенных р-п-переходов состоят в высокой технологичности, малой длительности производственного цикла и сравнительно высоком проценте выхода годных микросхем. Существует ряд разновидностей изоляции

7-210 1931

элементов ИМС обратносмещенными р-я-переходами: метод разделительной диффузии, коллекторная изолирующая диффузия, базовая изолирующая диффузия, метод трех фотошаблонов, метод самосовмещения.

Метод разделительной диффузии. Вследствие простоты и низкой стоимости данный метод является наиболее распространенным для изготовления ИМС широкого применения. Основные этапы технологии состоят в следующем. Исходная пластина кремния с электропроводностью р-типа после механической и химиче-

п+ J

?

а)

?

J ?

0) 6 3 к

Рис. 9.9. Метод разделительной диффузии

ской обработки подвергается оксидированию. В диоксиде кремния с помощью фотолитографии создают окна, размеры которых несколько больше площади, которую будут иметь коллекторные переходы. В окна проводят диффузию мышьяка или сурьмы, т. е. примесей, создающих высокую концентрацию носителей заряда и обладающих низким коэффициентом диффузии в кремнии. В результате образуются «+-области будущих скрытых слоев под коллекторами транзисторов, уменьшающие сопротивление насыщения транзисторов (рис. 9.9, а). Диоксид удаляют со всей поверхности пластины и наращивают эпитаксиальный слой с электропроводностью «-типа толщиной 3—10 мкм (рис. 9.9, б). В этом слое будут созданы все активные и пассивные элементы микросхемы. На эпитаксиальном слое выращивают пленку S1O2, в которой вскрывают окна, ограничивающие области ИМС, требующие изоляции друг от друга. В окна проводят диффузию бора на глубину 5—12 мкм, чтобы образовавшийся р+-слой надежно сомкнулся с р-подложкой и изолировал структуру транзистора и другие участки схемы (рис. 9.9, в). Изолирующий р-«-переход состоит из трех участков (р+-п, р-п и р-п+) с различными напряжениями пробоя. Минимальное напряжение пробоя должно превышать максимальное смещение используемого при работе ИМС. В процессе дальнейших технологических операций формируются р-база, р-резистор, «-эмиттер и «+-контакт к коллектору (рис. 9.9, г).

Диффузионные резисторы. Для создания резисторов в полупроводниковых ИМС используют диффузионные слои, полученные при формировании базовой или эмиттерной областей тран-

194

зисторов. Как правило, диффузионный резистор создается одновременно с базой транзистора путем диффузии акцепторной примесив подложку с электропроводностью «-типа (рис. 9.10, а). Сопротивление диффузионного слоя зависит от распределения примеси, глубины диффузии и отношения длины диффузионного резистора к его ширине. Номинал резистора R задается схемой, а длину рассчитывают по известному значению поверхностного сопротивления диффузионного слоя Rs (см. § 9.6), ширине резистора w и сопротивлению контактов RK:

L = w(R-RK)/Rs.

2

Т 2'

?*

а)

5)

Рис. 9.10 Диффузионные резисторы:

а — в базовом; б — в эмиттерном слое (выводы /—/') н в «сжатом> базовом

слое (выводы 2—2')

Базовая диффузия позволяет получать высокоомные резисторы. Резисторы с небольшими сопротивлениями получают в процессе эмиттерной диффузии (рис. 9.10, б, выводы 7—/'). Наиболее употребительные диффузионные резисторы обладают параметрами, приведенными в табл. 9.2. Для получения резисторов с номиналами свыше 50 кОм используют так называемые «сжатые» базовые слои, получаемые после проведения эмиттерной диффузии (рис. 9.10, б, выводы 2—2'). Сильнолегированная поверхностная часть базового слоя компенсируется эмиттерным диффузионным слоем, и поверхностное сопротивление глубокой части базового слоя возрастает во много раз (табл. 9.2). Разброс номиналов у таких резисторов и T\\R больше, чем у обычных резисторов в базовом слое.

Таблица 9.2

Тип резистора Параметр базовый эмиттериый сжатый

Поверхностное сопротивление, Om/D Номиналы сопротивлений, кОм 100—400 2—3 500—1 · 104

0,1—50 0,003—0,05 50—500

Разброс номинала, % TKR, 10-VK ± (3—20) 0,05—5 ±20 0,1—0,5 ± (30—50) 3—5

Обязательной составной частью структуры резистора является р-«-переход, изолирующий резистор от подложки и обладающий

7* 195

распределенной емкостью. Напряжение пробоя перехода ограничивает максимальное напряжение, которое можно подать на резистор. Полная распределенная емкость составляет 2—20 пФ для типичных структур и должна учитываться при работе на частотах свыше 10 МГц. Размеры областей, определяющих общую емкость резистора, зависят от рисунка фотошаблона." Необходимая площадь резисторной области ограничена значением рассеиваемой мощности. Для получения резисторов с большим сопротивлением без увеличения их площади иногда уменьшают ширину диффузионного резистора. В этом случае также применяют «сжатые» резисторы.

Диффузионные резисторы имеют относительно большой разброс по номиналу и большие температурные коэффициенты сопротивлений. Для заданной концентрации примесей в диффузионной области сопротивление ее связано с изменением подвижности дырок или электронов с температурой. Влияние температуры на подвижность обусловливает положительный TKR диффузионных резисторов. TK.R тем больше зависит от изменения концентрации примеси, чем выше поверхностное сопротивление.

Резисторы, получаемые во время базовой диффузии при создании р-«-р-транзисторов, являются резисторами «-типа. Им присущи два основных недостатка, которых нет у резисторов р-типа„ Во-первых, при данном значении поверхностного сопротивления из-за более высокой подвижности электронов слой с электропроводностью «-типа обладает меньшей концентрацией примеси. Слабое легирование вызывает несколько большую неоднородность поверхностного сопротивления и больший разброс номинала. Во-вторых, слой р-типа, окружающий резистор, сильнее подвержен возникновению поверхностных каналов, вызывающих нелинейные эффекты. Метод устранения каналов в р-«-р-транзисторах приводит к уменьшению этих эффектов, но при этом требуются дополнительные процессы диффузии и большая площадь подложки. Один из способов решения этой проблемы состоит в применении совмещенной технологии, когда на поверхности оксида в схемах с р-«-р-транзисторами создают тонкопленочные резисторы. Топология схемы остается той же самой, но требует применения дополнительных фотошаблонов. Оптимальным вариантом применения полупроводниковых диффузионных резисторов являются схемы, в которых важно выдержать соотношение между номиналами сопротивлений, тогда как абсолютные значения номиналов не очень существенны.

Диффузионные конденсаторы. Конденсаторы в полупроводниковых микросхемах образуются обратносмещенными р-«-пере-ходами. Основное достоинство диффузионных конденсаторов состоит в том, что их формируют одновременно с получением диффузионных областей транзисторных структур, поэтому при рационально изготовленном комплекте фотошаблонов не требуется никаких дополнительных операций создания пассивных элементов. Значение емкости зависит от типа электропроводности полупро-196

водникового материала, площади перехода, характера распределения и концентрации примеси, а также полярности и смещения. Зависимость емкости диффузионных конденсаторов от приложенного напряжения позволяет конструировать специальные микросхемы, например схему генератора, управляемого напряжением. Но в ряде случаев такая зависимость емкости от напряжения нежелательна.

Параметры типичных диффузионных конденсаторов

Удельная емкость, пФ/см2 1-Ю4—2-Ю5 Максимальная емкость, пФ 200 Разброс номинала, °/о · · · ±(10—30)

ткс, 1/К......... 2·10-4

Напряжение пробоя, В . . 30—100

§ 9.6. Дефекты и методы контроля диффузионных структур

Реально получаемые диффузионные слои могут иметь электрофизические свойства, значительно отличающиеся от ожидаемых. Это несоответствие в значительной степени обусловлено возникновением дефектов в диффузионных слоях в процессе диффузии.

Образование дислокаций. Примесные атомы, входящие в кристаллическую решетку полупроводника, вследствие различия в атомных радиусах вызывают сжатие или растяжение решетки» Под действием возникающих напряжений генерируются дислокации. Максимальная плотность примесных атомов бора на поверхности пластины кремния, которая не вызывает напряжений, равных критическому значению возникновения дислокаций, равна 5-1015 см-2. Если диффузия бора проводится при 7'»1000оС, то в поверхностный слой могут внедриться 3-Ю15 см-2, если же температура диффузии ГягПОСС, то это количество возрастает до 5-1016 см-2. Плотность дислокаций, образующихся во время диффузии фосфора в кремний, меньше, так как меньше значения создаваемых фосфором напряжений в силу большего соответствия их атомных радиусов. Вследствие того что концентрация примеси изменяется по глубине диффузионного слоя, изменяется и плотность дислокаций. Обычно область дислокаций не достигает р-«-переходов. Диффузанты, у которых различие в атомных радиусах меньше, чем у бора и кремния или у фосфора и кремния, будут образовывать более совершенные р-«-переходы. К таким диффузантам относятся мышьяк, галлий и алюминий. Сильнолегированный бездислокационный слой можно получить, если провести одновременно диффузию двух примесей, имеющих противоположное различие в атомных радиусах.

Осаждение примесей. Такие металлы, как Си, Аи и Fe, характеризуются резкой температурной зависимостью их растворимости в твердом кремнии (см. рис. 5.2). Если не соблюдать специальных мер предосторожности, то из окружающей атмосферы

197

и диффузионной печи они внедряются в пластины кремния. Их коэффициенты диффузии при процессах загонки и разгонки примеси составляют Ю-7—10~6 см2/с, поэтому за вр

страница 47
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87

Скачать книгу "Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем" (3.82Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
кресло 992
Фирма Ренессанс лестницу на второй этаж - надежно и доступно!

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(29.04.2017)