Технологические основы электроники

Реферат по предмету

«Технологические основы электроники»

1. Изобразить и описать последовательность формирования изолированных областей в структуре с диэлектрической изоляцией

Рис. 1. Последовательность формирования изолированных областей в структу¬ре с диэлектрической изоляцией:

а — исходная пластина; б — избирательное травление окисла, глубокое травление кремния, окисление поверхности; в — осаждение поликристаллического кремния; г — шлифование и полирование обратной стороны пластины; д — окисление поверхности; е — готовая струк¬тура после базовой и эмиттерной диффузии и получения межсоединений

На рис.1 представлена последовательность формирования структуры с диэлектрической изоляцией. В исходной пластине кремния n-типа методом фотолитографии вытравливают участки окиси кремния, а затем и кремния по контуру будущих элементов. В результате образуются канавки по замкнутому контуру. Полу¬ченную рельефную поверхность окисляют. Далее эту поверхность покрывают толстым слоем кремния методом осаждения. Вследст¬вие дезориентирующего влияния окисного слоя осажденный крем¬ний имеет поликристаллическую структуру и служит конструкци¬онным основанием будущей ИМС. Обратную сторону шлифуют, удаляя монокристаллический слой до вскрытия окиси кремния по границам областей, и производят доводку (для удаления нарушен¬ного слоя). После протравливания и отмывки поверхности ее окис¬ляют. Далее в образовавшихся изолированных областях монокри¬сталлического кремния n-типа диффузионным методом формируют элементы (базовые области, резисторы, эмиттеры, области под кон¬такты). Обычным путем получают и межсоединения на поверхно¬сти пластины. Если исходная пластина содержит эпитаксиальный n+-слой, то транзисторы получаются со скрытым слоем.

2. Изобразить схему технологического процесса изготовления ИМС эпитаксиально-планарной струк¬туры без скрытого слоя.

Рис. 2. Последовательность формирования эпитаксиально-планарной структуры:

а—исходная пластина; б—стравливание окисла, подготовка поверхности; в—эпитаксиальное наращивание n-слоя, окисление поверхности; г—вскрытие окон в окисле под изо¬лирующую (разделительную) диффузию примеси; д — диффузия акцепторной примеси, окисление поверхности; е — готовая структура после формирования диффузионных базовых и эмиттерных областей, а также получения межсоединений

Чтобы получить простейшую эпитаксиально-планарную струк¬туру, в качестве исходной заготовки используют монокристаллическую пластину кремния, равномерно леги¬рованную акцепторной примесью. Для нанесения эпитаксиаль¬ного слоя на одну из сторон пластины ее освобождают от окисла и тщательно очищают (рис.2), после чего проводят осаждение монокристаллического слоя кремния n-типа. Далее поверхность пластины окисляют и методом фотолитографии вскрывают окна в виде узких замкнутых дорожек, соответствующих контуру кол¬лекторных и изолирующих областей ПМС. Проводя через окна диффузию акцепторной примеси до смыкания ее с р-областью, получают таким образом изолированные друг от друга островки равномерно легированного эпитаксиального n-кремния. Рас¬смотренный процесс диффузии называют изолирующей или разде¬лительной диффузией. В полученной на данной стадии заготовке (рис. 2,д) в дальнейшем формируют базовые и эмиттерные об¬ласти (диффузионным методом), а также контакты и межсоеди¬нения.

3. Каким образом осуществляется изоляция в изопланарной структуре

Рис. 3 Последовательность формирования изолированных областей

в изопланарной структуре:

а—пластина с эпитаксиальным и скрытым слоями; б — нанесение слоя нитрида кремния;

в — избирательное травление нитрида кремния по контуру будущих элементов; г — глубо¬кое окисление кремния; д — стравливание нитрида кремния и окисление поверхности;

е—готовая структура после формирования базовых и эмиттерных областей а также межсоединений

На рис. 3,е представлена изопланарная струк¬тура транзистора, в которой донная часть 2 коллектора изолирова¬на от монокристаллической пластины

р-n-переходом, а боковая 1— толстым слоем окисла, полученным сквозным локальным окислени¬ем эпитаксиального слоя.

Начальные стадии процесса получения изопланарной структуры следующие (рис. 3). На поверхность пластины, содержащей эпитаксиальные n+- и n-слои, осаждают (из газовой фазы) слой ни¬трида кремния Si3N4. Методом фотолитографии в этом слое обра¬зуют защитную маску с окнами по контуру коллекторных обла¬стей. В процессе окисления нитридная маска сохраняется. Затем ее стравливают и всю поверхность окисляют. Далее проводят диф¬фузию для формирования базы и эмиттера, формируют контакт¬ные окна и межсоединения.

4. Используется ли эпитаксия при создании КМДП-структуры

Полная изоляция МДП-транзисторов обеспечивается при фор¬мировании их в виде островков на монокристаллической изолирую¬щей пластине. В качестве изолирующей пластины обычно используют синтетический сапфир, имеющий достаточно хорошее кристаллографическое сопряжение с кремнием. Поэтому эти структуры получили название структур «кремний на сапфире» или сокращенно КНС. Эпитаксиально выращенный на сапфире кремний имеет высокую плотность структурных нарушений (дис¬локации), что заметно снижает подвижность носителей заряда. Вследствие этого структуры на биполярных транзисторах оказа¬лись не эффективными и наиболее широкое применение нашли МДП-КНС-структуры, особенно КМПД-КНС-структуры. В отличие от структур, изолированных р-n-переходом, когда используется высокоомная (слаболегированная) пластина, структуры на изолиру¬ющей пластине устойчивы к температурным и радиационным воз¬действиям.

Рис. 4 Последовательность формирования КМДП-КНС-структуры:

а—исходная пластина «сапфир—эпитаксиальный кремний—окись кремния»; б—избира¬тельное анизотропное травление кремния с помощью оксидной маски (образование остров¬ков); в—избирательная диффузия акцепторной примеси; г — снятие маски с островков; д — маскирование островков с помощью SiO2; е — избирательное покрытие фосфорсиликатным стеклом (ФСС) р-островков и общее покрытие боросиликатным стеклом (БСС); ж— структура после диффузии примесей и стравливания БСС, ФСС и SiO2, з — готовая струк¬тура после нанесения SiO2 и формирования межсоединений

В процессе формирования КМДП-КНС-структуры (рис. 4) методом эпитаксиального наращивания (процесс гетероэпитаксии) создают сплошной слой высокоомного п-Si. После маскирования окисью кремния и анизотропного травления получают отдельные изолированные островки п-Si. Проведя повторное маскирование окисью кремния, методом диффузии часть островков легируют акцепторной примесью на всю глубину, превращая их в островки р- Si. Предварительно защитив маской из окиси кремния участки будущих каналов, избирательно покрывают р-островки фосфоро-силикатным (SiO2.P2O5), а n-островки — боросиликатным (SiO2.B2O3) стеклами. Последующим нагревом диффундируют до-норную (Р) и акцепторную (В) примеси из легированных стекол в области стоков и истоков. В дальнейшем стекло и участки SiO2 стравливают, наносят слой окиси кремния, вытравливают участки окисла под затвор, выращивают тонкий слой диэлектрика и форми¬руют затворы, а также межсоединения. Гетероэпитаксиальные слои, полученные в таких структурах, имеют небольшую толщину (~1 мкм), что обусловлено относительным несовершенством кри¬сталлической структуры, выращиваемой на сапфире: с увеличени¬ем толщины пленки плотность дислокации увеличивается.

МДП-приборы, в которых в качестве канала используется тон¬кий приповерхностный слой, вполне могут быть реализованы в тон¬ких эпитаксиальных слоях порядка десятых долей микрометра. Од¬нако тонкие эпитаксиальные слои практически исключают возмож¬ность многократного образования окиси кремния за счет термиче¬ского окисления, так как толщина слоя SiO2, необходимого для защиты при термической диффузии, соизмерима с толщиной тако¬го эпитаксиального слоя. Поэтому обычно слои окиси кремния по¬лучают методом осаждения из газовой фазы, что, кстати, позволяет использовать относительно низкие температуры.

5. Указать недостатки методов диффузии

Метод терми¬ческой диффузии примеси имеет ряд недостатков и ограничений.

1. Высокая температура процесса приводит к перераспределе¬нию примеси в ранее сформированных слоях и областях и смеще¬нию р-n-переходов, что затрудняет воспроизводимость активной базы транзисторов толщиной менее 0,6 мкм.

2. Наличие боковой диффузии увеличивает площадь отдель¬ных диффузи-онных областей и элементов в целом.

3. Зависимость коэффициента диффузии и растворимости при¬меси от температуры исключают возможность использовать многие полупроводниковые материалы и легирующие элементы, перспективные для микроэлектроники.

6. Желательно или нет присутствие второго максимума на профиле распределения примеси

Профиль распределения. При облучении монокристаллической мишени ионами в направлениях, отличающихся от основных, про¬филь распределения внедренных атомов описывается нормальным законом распределения (рис. 5):

Рис.5 Профили распределения электрически активных атомов бора при различных

энергиях ионного пучка

(1)

где Q — доза легирования [см-2]; — средняя длина пробега