К155ие9

Содержание

1 Введение 3

2 Технологические процессы изготовления биполярных

интегральных схем 4

3 Технология ТТЛ 10

4 Описание микросхемы К155ИЕ9 17

5 Список использованных источников 25

1 Введение

Развитие технологии играет исключительную роль в создании высокого научно-технического уровня производства во всех областях народного хозяйства. Значимость технологии в производстве полупроводниковых приборов и интегральных микросхем особенно велика. Именно постоянное совершенствование технологии полупроводниковых приборов, начиная со времени создания первых транзисторов, привело на определённом этапе её развития к изобретению микросхем, а в дальнейшим к широкому их производству.

Технология интегральных микросхем представляет собой совокупность механических, физических, химических способов обработки различных материалов (полупроводников, диэлектриков, металлов), в итоге которой создаётся интегральная микросхема.

2 Технологические процессы изготовления биполярных интегральных схем.

Технологические процессы будут рассмотрены на примере соз¬дания двух видов интегральных микросхем: малой степени интег¬рации на основе биполярных транзисторов с изоляцией элементов р-n переходом и на основе изопланарной технологии.

Биполярные микросхемы с изоляцией р-n переходом. Схема технологического процесса представлена на рисунке 1. В качестве исходных используются кремниевые подлож¬ки с эпитаксиальной структурой р-n и скрытым n+-слоем.

Термическое окисление проводится для получения на поверхности кремния пленки SiO2 толщиной 0.8 мкм. На ней в процессе первой фотолитографии формируется защитная маска под локальную (разделительную) диффузию бора с целью созда¬ния изолирующих областей р-типа. Окисление проводится в пото¬ке кислорода с изменением его влажности в три этапа: сухой — влажный — сухой.

При разделительной диффузии в качестве источника диффузанта используется ВВг3. Диффузия проводится в две стадии. Ме¬жду двумя стадиями с поверхности кремния удаляется боросиликатное стекло mB2O3-nSiO2. Для травления используется плави¬ковая кислота HF. В процессе второй стадии диффузии, проводи¬мой, в отличие от первой, в окислительной среде, создается новая пленка SiO2, выполняющая в дальнейшем не только маскирую¬щие, но и защитные функции. После разделительной диффузии образуются диффузионные слои р-типа с сопротивлением (2  12) OM/.

Для создания транзисторной структуры в качестве источников диффузантов используются ВВг3 и РС13 (или РОС13). Диффузи¬онный процесс получения базовой области проводится также в две стадии. На первой стадии создается сильно легированный тонкий слой р+-типа с сопротивлением около 90 Ом/. На этой стадии для удаления боросиликатного стекла используется химическое травление в растворе следующего состава: 10 частей HNO3, 15 частей HF и 300 частей Н2О.

Рисунок 1 - Последовательность технологических операций изготовления биполярной микросхемы

Этот раствор с высокой скоростью травит боросиликатное и фосфоросиликатное стекла, практически не разрушая SiO2. После удаления боросиликатного стекла прово¬дится вторая стадия диффузии, в процессе которой толщина слоя увеличивается до (1.8  2.2) мкм, а его удельное сопротивление (в результате перераспределения бора) повышается до (170  200) Ом/. Поскольку вторая стадия проводится в окислительной среде, на поверхности кремния образуется пленка SiO2 толщиной около 0.4 мкм. На ее основе формируется маска для проведения локаль¬ной диффузии при создании эмиттерной области. Толщина диффу¬зионного эмиттерного слоя (1.0  1.4) мкм, удельное сопротивление слоя (3  5) Ом/.

Электрическая разводка создается напылением алюминия, фо¬толитографией и вжиганием алюминия в водороде при Т = 500° С.

После всех процессов фотолитографии проводится химическая очистка по единой схеме: кипячение в смеси МН4ОН : Н2О : Н2О2 ,(1 : 1 : 1), промывка в деионизованной воде.

Технологический процесс изопланарной биполярной микросхе¬мы. Последовательность технологических операций и стру¬ктуры транзистора на различных этапах изготовления представле ны соответственно на рисунках 2, 3. В качестве подложек ис¬пользуются слабо легированные пластины кремния с эпитаксиаль-ными слоями п-типа (концентра¬ция примеси 1015  1016 см~3) и скрытыми слоями n+-типа с по¬верхностным сопротивлением (15  50) О,м/. Уровень поверх¬ности участков со скрытыми сло¬ями ниже уровня остальной по¬верхности подложки, что дает воз¬можность после зпитаксиаль'ного наращивания совмещать рисунок скрытого слоя с рисунками в дру¬гих слоях транзисторной струк¬туры. При диффузионном введе¬нии примеси в скрытые слои уг¬лубления образуются за счет хи¬мической реакции ангидрида при¬меси с кремнием в области вскры¬того в SiО2 окна; при ионном внедрении примеси — за счет разницы в скоростях окисления чистого кремния в области окна и окисленного кремния на ос¬тальной поверхности при прове¬дении в окисляющей атмосфере процесса разгонки внедренной примеси с одновременным отжигом радиационных дефектов.

Первая группа технологических операций направлена на полу¬чение электрической изоляции между элементами схемы. На по¬верхности подложки термическим окислением создается пленка SiO2, на которую осаждается из парогазовой смеси пленка нитри¬да кремния Si3N4, выполняющая роль маскирующего покрытия при локальном окислении кремния. Толщина пленки Si3N4 0.1 мкм. Подслой Si02 толщиной 0.05 мкм является буфером между кремнием и нитридом кремния.

Рисунок 2 - Последовательность технологических операций изготовления изопла-нарной биполярной микросхемы

Его присутствие снижает механические напряжения в кремнии, вызванные высокой твердостью Si3N4, и тем самым снижает эффективность приповерхностной диффузии кислорода и вероятность образования структуры типа «птичий клюв».

Первый процесс фотолитографии проводится с целью получе¬ния рисунка изолирующих областей SiO2. Используя фоторезист (ФР) в качестве защитной маски плазмохимическим травлением во фторсодержащей плазме CF4 + O2 стравливаются пленки Si3N4, SiO2, а также часть эпитаксиального слоя, составляющая 0.55 его общей толщины. В этом случае происходит планаризация поверх¬ности подложки, т. е. изолирующий слой SiO2 растет таким обра¬зом, что его верхняя плоскость и поверхность кремния лежат в одной плоскости.

ФР — фоторезист

Рисунок 3 - Структура биполярного тран¬зистора на различных этапах изолланарлого процесса

По завершении процесса фотолитографии фоторезист не уда¬ляется и проводится ионное внедрение бора для создания р+-обла¬стей, при этом маской при локальном внедрении выступают двух¬слойная пленка SiO2+Si3N4 и фоторезист. Толщина р+-слоя вы¬бирается таким образом, чтобы часть этого слоя после термичес¬кого окисления сохранилась под слоем SiO2. Наличие сильнолеги¬рованной р+-области под изолирующим слоем SiO2 препятствует образованию под ним поверхностного инверсионного канала.

После удаления фоторезиста проводится локальное термиче¬ское окисление для получения изолирующих областей SiO2, пере¬крывающих по толщине весь эпитаксиальный слой. Пленка Si3N4 удаляется химическим травлением в горячей ортофосфорной кис¬лоте.

По завершении операций по созданию изоляции формируется транзисторная структура. Вновь проводится термическое окисле¬ние и второй фотолитографией в слое фоторезиста создается ри¬сунок базовых областей. При использовании фоторезиста в каче¬стве маски проводится локальное ионное внедрение бора через пленку Si02. Внедрение примеси через пленку SiO2 ослабляет ка-налированный пучок ионов и снижает концентрацию радиацион¬ных дефектов. Третьей фотолитографией создается рисунок кон¬тактных окон. Размер области SiO2, разделяющей в топологичес¬ком плане области базы и эмиттера, выбирается соответствующим минимальному зазору, который может быть получен между метал¬лическими контактами. Четвертая фотолитография формирует рисунок n+-областей эмиттера и коллектора. После плазмохимиче-ского травления SiO2 не снятый фоторезист является маской при локальном внедрении мышьяка. После удаления фоторезиста про¬водится отжиг при Т = 900°С, активирующий мышьяк и устраня¬ющий радиационные дефекты.

Для получения омических контактов и электрической разводки между элементами на поверхность подложки наносится пленка алюминия и вжигается в водороде при Т = 500°С. Пятой литогра¬фией формируется рисунок электрической разводки. Поверхность готовой микросхемы защищается пленкой SiN, получаемой в про¬цессе плазмохимического осаждения при температуре 400 °С.

3 Технология ТТЛ

На рисунке 4 показана схема самого распространенного логичес¬кого элемента-основы серии К 155 и ее зарубежного аналога-серии 74.

в-МТТЛ; б—СТТЛ; а-МмТТЛ