Основна частина

Питання та відповіді

2.1 Послідовність формування та схема технологічного процесу дифузійно - планарних ІМС

Схема технологічного процесу являє собою послідовний перелік базових технологічних операцій, які використовуються як маршрутна карта при виготовленні ІМС.

Розглянемо послідовність формування структури дифузійно - планарних мікросхем на прикладі транзистора. Як вихідна заготовка використовується монокристалічна пластина кремнію з дірковою провідністю (р - типу), яка покрита шаром оксиду кремнію, (рис. 1).

Рисунок 1

В цьому шарі методом фотолітографії відкриваються вікна прямокутної форми (відповідно до розміру колекторних областей) (рис. 2). Через такі вікна потім, методом термічної дифузії*, вводяться атоми домішки донора, після чого пластина окислюється (рис. 3).

* Примітка

При дифузії відбувається автоматичне окислення поверхні (дивіться питання дифузії у літературі).

Рисунок 2 Рисунок 3

Таким чином, ми сформували колектори всіх транзисторів на всіх пластинах у межах всієї партії.

Для отримання базових областей зпровідністю р – типу так само використовують фотолітографію (рис. 4) та термічну дифузію з окисленням (рис. 5).

Рисунок 4 Рисунок 5

Наступним травленням вікон, одержаних методом фотолітографії (рис. 6) з послідуючою термічною дифузією виготовляють емітери та приконтактні ділянки у колекторах, які мають провідність n (+ означає велику електронну провідність, близьку до металу) - рис. 7.

Рисунок 6 Рисунок 7

Таким чином, у приповерхневому шарі напівпровідникової пластини сформовано структуру транзистора. Залишається виконати систему мініз’єднань. Для цього спочатку за допомогою фотолітографії у шарі відкривають вікна у місцях контакту зовнішньої розводки з відповідними областями транзистора (рис. 8).

Рисунок 8

На пластину шляхом термічного напилення у вакуумі, наноситься шар (плівка) алюмінію (рис. 9).

Рисунок 9

Після цього проводять фотолітографію по Al і травлення (рис.10). Шаблон для останньої фотолітографії відповідає електронній схемі мікросхеми.

Рисунок 10

Схема технологічного процесу виготовлення дифузійно-планарної мікросхеми подана нижче.

Пластина р - типу

Колекторна дифузія n -домішки, 5- и валентний елемент (наприклад фосфор)

Окислення

1-а фото-літографія на

'-

Окислення

3-я фото-літографія на

2-а фото-літографія на

2-а фотолітографія на

Базова дифузія р - домішок (3-и валентний бор, галій)

Термічне напилення алюмінію

5-а фотолітографія на алюмінії

4-а фото-літографія на

Окислення

Емітерна дифузія n+ домішок

Складальні процеси

Термічне напилення алюмінію

5-а фотоліто-графія на алюмінії

При цьому необхідно зауважити, що це спрощена схема. Детальна схема (маршрутна карта) включає більше 100 операцій.

2.2 Послідовність формування та схема технологічного процесу епітаксійно - планарних ІМС

Для того, щоб отримати епітаксіально - планарну структуру, в якості вихідної заготовки потрібно взяти монокристалічну пластину кремнію () з провідністю p -типу (рис.1).

p

Рисунок 1

Для створення прихованого шару з провідністю п спочатку у шарі відкривають вікна (рис. 2), через які проводиться термічна дифузія донорної домішки великої концентрації з наступним окисленням (рис. 3)

Рисунок 2 Рисунок 3

Далі з поверхні пластини зтравлюється (наприклад, іонним травленням або хімічним). Хімічне травлення проводять з використанням плавикової кислоти (HF), або травників на її основі з уповільнюючими домішками, наприклад, фторидом амонію . (рис. 4). Після цього на поверхню наноситься епітаксіальний шар Si з провідністю n- типу і поверхня пластини окислюється (рис. 5).

Рисунок 4 Рисунок 5

Для створення колекторних областей по контуру майбутніх транзисторів травляться вікна (при використані фотолітографії) у вигляді вузьких замкнутих доріжок (рис. 6). Після цього проводиться роздільна термічна дифузія акцепторних домішок великої концентрації (р +) з наступним окисленням (рис. 7).

Рисунок 6 Рисунок 7

При формуванні базових і емітерних ділянок транзистора послідовно, двічі використовують фотолітографію та термічну дифузію з окисленням (рис.8 – 11).

Рисунок 8 Рисунок 9

Рисунок 10 Рисунок 11

Таким чином, формування структури транзистора закінчено. Залишається виготовити лише з'єднання між елементами. Для цього, спочатку за допомогою фотолітографії у шарі SіО₂ відкривають вікна у місцях контакту зовнішньої розводки з відповідними областями транзистора (рис. 12).

Рисунок 12

Далі на пластину шляхом термічного напилення у вакуумі, наноситься шар (плівка) алюмінію (рис.13). Після цього проводять фотолітографію по Аl і травлення його (рис. 14). Шаблон для останньої фотолітографії відповідає електронній схемі мікросхеми.

Рисунок 13 Рисунок 14

Схема технологічного процесу епітаксіально - планарних мікросхем із захованим n+ шаром має такий вигляд:

1-а фото-літографія на SiO

Дифузія n+ домішок

Зняття SiO

Епітаксія Si n - типу

Окислення

Базова дифузія p -домішки

3 – я фото-літографія на SiO

Окислення

Роздільна дифузія p - домішки

2 –а фото-літографія на SiO

Окислення

4-а фото-літографія на SiO

Емітерна дифузія n - домішок

Окислення

5 – а фото-літографія на SiO

Термічне напи-лення Al

6 – а фото-літографія

Складальні процеси

Пластина р - типу