химический каталог




Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем

Автор А.И.Курносов, В.В.Юдин

микросхемами транзисторно-транзисторной логики по знаку и значению напряжения питания.

Для снижения пороговых напряжений используют кремниевые пластины с поверхностью, ориентированной по кристаллографической плоскости (100), которая по сравнению с плоскостью (111)' содержит меньшее число ненасыщенных связей на границе раздела Si—Si02. Поэтому в структуре меньшая плотность поверхностных зарядов, которая составляет около ЫО11 см~2. Это же позволяет уменьшить пороговые напряжения МОП-транзисторов с каналами р-типа до —2,5 В.

Комплементарные структуры. Комплементарными, или дополняющими, МДП-транзисторы (КМОП-транзисторы) названы по-

тому, что в состав комплементарной пары входят транзисторы с каналами р- и ?-типов, сформированные на общей подложке и ра-. ботающие в режиме обогащения с индуцированным каналом. В стационарном состоянии один из транзисторов всегда закрыт»" Значение тока открытого транзистора комплементарной пары определяется утечкой одного из стоковых переходов и ие превы-шает единиц наноампер, что обеспечивает мощность рассеяния в статическом режиме Ю-9 Вт. Помехоустойчивость схем на КМОП-

" '/ 1 м ^^^^ mmmmmwf/s s/

7 U-? j

?

Рис. 16.8. Структура КМОП-транзистора:

/ — транзистор с каналом р-типа; 2 — транзистор с каналом" л-типа

транзисторах за счет высокой крутизны переходной области передаточной характеристики может достигать 40% от напряжения питания.

Технологический процесс изготовления КМОП-приборов начинается с формирования в пластине я-типа диффузионных карманов р-типа, служащих для изготовления в них транзисторов с каналавш я-типа. С помощью диффузии бора в я-пластину формируют стоковую и истоковую области транзистора с каналом р-типа. Для формирования стока и истока транзисторов с каналом я-типа используют диффузию фосфора. Подзатворный диоксид выращивают одновременно у всех транзисторов, после чего формируют соединительную металлизацию (рис. 16.8).

Кремниевые затворы. Использование поликремниевых затворов позволяет получить структуры с самосовмещенным затвором, снизить пороговое напряжение за счет уменьшения разности работ выхода между материалами затвора и подложки, а также уменьшения плотности поверхностных зарядов, уменьшить геометрические размеры транзисторных структур, создать второй слой межэлементных соединений. Процесс изготовления начинается с выращивания пленки диоксида затвора толщиной 0,1 мкм. На поверхность пластины осаждают поликремний толщиной около 0,5 мкм. Из него формируют шины затвора шириной около 5 мкм и проводники первого слоя межэлементных соединений. В области стока и истока на глубину 1 мкм проводят диффузию бора. Тонкий слой диоксида не является преградой для диффузии. Одновременно бор диффундирует в шины затвора, что снижает их поверхностное сопротивление до 20 Ом. Шины затвора из поликремния при диффузии надежно защищают области каналов от проникновения бора, благодаря чему области стока и истока автоматически совмещаются с затвором при паразитном перекрытии менее 1 мкм. На

358

поверхности пластины выращивают пленку диоксида кремния, в котором вытравливают окна и формируют контакты (рис. 16.9). Использование поликремния р+-типа приводит к уменьшению порогового напряжения по абсолютному значению на 1,1 В. В результате пороговое напряжение приборов с каналами р-типа на подложке (111) уменьшается до —1,5 В, а на подложке (100)—до —0,5 В, что приводит к существенному улучшению произведения потребляемой мощности на быстродействие для ИМС.

Технология кремниевых затворов позволяет также получать транзисторы с каналами я-типа с обогащением: одновременно с диффузией

-фосфора В области стока И истока Рис. 16.9. Структура МОП-происходит легирование кремниевых транзистора с кремниевым за-затворов и снижение поверхностно- твором го сопротивления кремниевых соединительных шин до" 10 Ом. К числу основных преимуществ МДП ИМС с кремниевыми затворами следует также отнести их совместимость по входным и выходным уровням напряжения с биполярными логическими микросхемами, что значительно упрощает построение цифровых систем. Снижение пороговых напряжений, самосовмещение затворов, уменьшение размеров диффузионных областей и емкости поликремниевых соединительных шин относительно подложки обеспечивает улучшение быстродействия по сравнению со стандартными МОП ИМС в 3—5 раз. Технология кремниевых затворов является в настоящее время одной из перспективных в области массового производства быстродействующих и недорогих МДП ИМС.

Структуры КНС. В любой современной микросхеме активные и пассивные элементы занимают не более 1% объема кремниевого кристалла, на котором сформирована ИМС, остальные 99% выполняют роль держателя и обусловливают наличие паразитных -связей. Идея изоляции элементов с помощью структур КНС появилась в 1963 г., но только в 1971 г. были изготовлены первые образцы функционирующих микросхем на КНС-структурах и лишь спустя десятилетие КНС-технология дошла до промышленного уровня. Применение изолирующих монокристаллических подложек из сапфира, на поверхности которых выращивают тонкий (около 0,5—1 мкм) эпитаксиальный слой кремния, является эффективным технологическим методом уменьшения паразитных емкостей в МДП ИМС на порядок и более, что позволяет существенно повысить быстродействие микросхем. Отдельные МДП-транзисторы формируют в вытравленных в этом слое изолированных друг от друга островках, что позволяет уменьшить паразитные связи между элементами через подложку практически до нуля. По сравнению со стандартными КМОП ИМС упрощаются фотошаблоны и уменьшается их число. Это обусловлено тем, что на сапфире можно исключить защитные зоны, изолирующие р- и я-области в КМОП ИМС. Применение КНС-структур увеличивает быстродействие

359

ИМС средней степени интеграции в 3—5 и до 10 раз, если оно не определяется полностью емкостью корпуса и электродов.

Технология изготовления МДП-транзисторов на изолирующих сапфировых подложках иллюстрируется на примере КМОП-инвер-тора (рис. 16.10). На поверхности сапфировой подложки выращивают эпитаксиальный слой монокристаллического кремния р-типа толщиной 0,5 мкм и с высоким удельным сопротивлением. С помощью фотолитографии и селективного травления фор-Рис. 16.10. КМОП-инвертор на структуре мируют изолированные ОСТ-КНС ровки для отдельных тран-

зисторов, в которые проводят одновременную диффузию бора и фосфора на всю глубину кремниевого слоя. Затем вскрывают окна, выращивают подзатворный диоксид, создают электроды и соединительные проводники. В структурах КНС почти в 20 раз уменьшается площадь слоя кремния на подложке, а вместе с этим число дефектов в диоксиде и замыканий в соединительных шинах, что способствует повышению процента выхода годных приборов.

Технология КНС имеет ряд недостатков. Различие в кристаллических структурах сапфира и кремния приводит к значительному повышению концентрации структурных дефектов в эпитаксиальной слое. Следствиями этого являются падение подвижности носителей заряда, что снижает быстродействие, и возрастание коэффициента диффузии легирующей примеси вблизи границы раздела кремний — сапфир, что может вызвать сквозное диффузионное замыкание канала. При высокой температуре диффузии происходит автолегирование кремния алюминием и кислородом, входящими в состав сапфира. Сапфировые подложки трудно резать на кристаллы. Они не поддаются скрайбированию, и их режут полотнами. Сапфировые чипы нельзя монтировать в корпус путем пайки эвтектикой, их приходится приклеивать.

Заключение

На тенденции развития полупроводниковой технологии сильное влияние оказывает то обстоятельство, что в настоящее время совершается переход от создания отдельных БИС и СБИС к созданию целых устройств в интегральном исполнении — интегральных систем. Для расширения функциональных возможностей систем на сверхбольших интегральных схемах необходимо повышать степень интеграции и быстродействие, сохраняя низкую потребляемую мощность.

Возрастание числа элементов в составе микросхемы при действии случайных факторов, вызывающих нарушение функции элементов, приводит к уменьшению вероятности получения годных микросхем. Упомянутыми случайными факторами являются технологические ошибки (неточность совмещения шаблонов, подтравли-вание или недотравливание и пр.) и недостаточная чистота воздушной среды. Установлено, что размеры пылинок не должны превышать 0,1 от минимального размера топологических элементов. Для устранения технологических ошибок перспективным направлением является внедрение гибких автоматизированных линий, состоящих из герметизированных, чаще всего вакуумных, камер, соединенных шлюзами и транспортирующими устройствами. В каждой камере пластины подвергаются обработке сухими методами: к ним относятся электронная или рентгеновская литография, имплантация, ионноплазменное травление, термическое или плазменное напыление и др. Гибкие линии можно перестраивать на выпуск ИМС с различными технологическими маршрутами, их широкое использование позволит значительно повысить выпуск годных устройств и систем.

Следует упомянуть о важности организационных мероприятий в решении проблемы уменьшения дефектных систем. В последние годы повсеместное распространение получают так называемые операционные циклы. В технологическом маршруте выделяют группы операций, которые необходимо осуществлять одну за другой, чтобы длительность межоперационного хранения структур не превышала критической (обычно 0,5—24 ч). Четкое соблюдение этого требования позволяет сократить появление бракованных структур и приборов в два-три раза.

Прогресс в повышении степени интеграции полупроводниковых устройств связан со стремлением к созданию более дешевых, надежных и обладающих лучшими параметрами систем. Одним из основ-

361

ных направлений снижения времени задержки при передаче сигна-] ла является уменьшение размеров системы.

Для обеспечения более высокого быстродействия ведутся работы по созданию БИС на GaAs, а также устройств на переходах Джозефсона. GaAs и InP обладаю

страница 85
< 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
керамический бордюр вокруг ванны цена
газовые котлы фирмы аристон
Unical Ellprex TX N 150
купить оборудование для такси

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
(03.12.2016)