Реферат: Микроэлектроника и функциональная электроника (разработка топологии ИМС)

Для создания заданного распределения примесей в глубине и на поверхности полупроводника проводится второй этап диффузии из ограниченного источника. Этот процесс называется разгонкой примеси.

Локальную диффузию проводят в открытые участки кремния по ме­тоду открытой трубы в потоке газа - носителя. Температурный интервал диффузии для кремния составляет 950 - 1300 °С. Кремниевые пластины размещают в высокотемпературной зоне диффузионной печи. Газ - носи­тель в кварцевой трубе при своем движении вытесняет воздух. Источники примеси, размещенные в низкотемпературной зоне, при испарении попа­дают в газ - носитель и в его составе проходят над поверхностью кремния.

Источники примеси, применяемые в производстве ИМС, могут быть твердыми: жидкими и газообразными. В качестве жидких источников ис­пользуются хлорокись фосфора РОСlз и ВВrз. После установления темпера­турного режима в рабочую зону печи поступает кислород, что способствует образованию на поверхности кремния фосфоро - и боросиликатного стекла. В дальнейшем диффузия проходит из слоя жидкого стекла Одновременно слой стекла защищает поверхность кремния от испарения и попадания по­сторонних частиц. Таким образом, в локальных участках кремния происхо­дит диффузия легирующей примеси и создаются области полупроводника с определенным типом проводимости.

После первой фотолитографии проводится локальная диффузия донорной примеси с малым коэффициентом диффузии (Аs, Sb) и формируется скрытый высоколегированный слой n⁺ глубиной около 2мкм.

Примесь с малым коэффициентом диффузии необходимо использо­вать, чтобы свести к минимуму изменение границ скрытого слоя при после­дующих высокотемпературных технологических операциях. После этого с поверхности полностью удаляется слой окисла и пластина очищается. На очищенной поверхности кремния выращивается эпитаксиальный слой n-типа толщиной 10-15 мкм с удельным сопротивлением 0,1 - 10 Ом*см.

5 - снятие окисла и подготовка поверхности перед процессом эпитакси-ального наращивания;

6 - формирование эпитаксиальной структуры;

Эпитаксия представляет собой процесс роста монокристалла на ориентирующей подложке. Эпитаксиальный слой продолжает кристаллическую решетку под­ложки. Толщина его может быть от монослоя до нескольких десятков мик­рон. Эпитаксиальный слой кремния можно вырастить на самом кремнии. Этот процесс называется авто - или гомоэпитаксией. В отличие от авто-эпитаксии процесс выращивания монокристаллических слоев на подложках, отличающихся по химическому составу, называется гетероэпитаксией.

Эпитаксиальный процесс позволяет получать слои полупроводника однородные по концентрации примесей и с различным типом проводимости (как электронным, так и дырочным). Концентрация примесей в слое может быть выше и ниже, чем в подложке, что обеспечивает возможность получе­ния высокоомных слоев на низкоомной подложке.

В производстве эпитаксиальные слои получают за счет реакции на по­верхности подложки паров кремниевых соединений с использованием реак­ции восстановления SiCl₄ , SiВг₄ .

В реакционной камере на поверхности подложки в температурном диапазоне 1150 - 1270 °С протекает реакция

SiCl4 + 2Н2 <=> Si + 4 HС1,

(3.1)

в результате которой чистый кремний в виде твердого осадка достраивает решетку подложки, а летучее соединение удаляется из камеры.

Процесс эпитаксиального наращивания проводится в специальных ус­тановках, рабочим объемом в которых является кварцевая труба, а в каче­стве газа-носителя используются водород и азот. Водород перед поступле­нием в рабочий объем многократно очищается от кислорода, паров воды и других примесей. При установившейся рабочей температуре в поток газа носителя добавляется хлористый водород и производится предварительное травление подложки. После этого вводятся в поток газа SiCl₄ и соответствующие легирующие примеси.

7 -окисление поверхности эпитаксиального слоя для создания защитной маски при разделительной диффузии;

8 -фотолитография для вскрытия окон под разделительную диффузию;

9 -проведение разделительной диффузии и создание изолированных кар­манов;

Разделительная диффузия проводится в две стадии: первая (загонка) -при температуре 1100-1150 °С, вторая (разгонка) - при температуре 1200-1250 °С. В качестве диффузанта используется бор. Разделительная диффузия осуществляется на всю глубину эпитаксиального слоя; при этом в подложке кремния формируются отдельные области полупроводника разделенные р-n переходами. В каждой изолированной области в результате по­следующих технологических операций формируется интегральный элемент.

10 -окисление;

11 -фотолитография для вскрытия окон под базовую диффузию;

12 -формирование базового слоя диффузией примеси р-типа.

Для проведения базовой диффузии процессы очистки поверхности, окисления и фотолитографии повторяются, после чего проводится двухста­дийная диффузия бора: первая при температуре 950-1000 °С, вторая при температуре 1150-1200 °С.

13 -окисление;

14 -фотолитография для вскрытия окон под эмиттерную диффузию;

15 -формирование эмиттерного слоя диффузией примеси n-типа;

Эмиттерные области формируются после четвертой фотолитографии Эмиттерная диффузия проводится в одну стадию при температуре около 1050 °С. Одновременно с эмиттерами формируются области под контакты коллекторов и нижние обкладки МДП-конденсаторов. В качестве легирующей примеси используется фосфор.

16 – фотолитография для вскрытия окон для травления окисла под МДП-конденсаторы.

Данный этап необходим для создания тонкого окисла между верхней и нижней обкладками конденсатора. Он получается травлением пассивирующего слоя до нужной толщины.

17 – формирование тонкого окисла в местах создания МДП-конденсаторов.

18 -фотолитография для вскрытия контактных окон;