Технические дисциплины - Микроэлектроника

лек. 7.

4. ОСНОВНЫЕ СХЕМОТЕХНИЧЕСКИЕ СТРУКТУРЫ ИНТЕГРАЛЬНОЙ  ЭЛЕКТРОНИКИ

Все схемотехнические структуры как аналоговой так и цифровой микроэлектроники строятся на основе одного (из выбранных) главного элемента ИМС. Чаще всего главным элементом выбирается либо биполяр­ный n-p-n транзистор, либо полевой n – канальный МОП транзистор. К технологии производства основного элемента приспосабливается произ­водство всех остальных элементов ИС.

Цифровые ИМС являются элементной базой устройств и систем вычислительной техники. Основными устройствами цифровой электроники являются ЛЭ, ЗУ, АЛУ, ЦАП, АЦП, и др. Их основой являются базовые логические элементы. Под базовыми логическими элементами понимают электронные схемы, реализующие логические функции относительно переменных, которые могут принимать только два дискретных значения: 0 и 1. Строятся базовые логические элементы на основе электронных ключей (вентили, инверторы), которые выполняются на интегральных МОП или n-p-n транзисторах.

Особенностью элементов ИМС является, то, что они выполняются на общей проводящей подложке, а поэтому для  нормальной работы их необходимо изолировать друг от друга.

Существует три варианта изоляции элементов ИМС:

-                                              изоляция обратно включенным p-n-переходом;

-                                              изоляция диэлектриком;

-                                              комбинированная изоляция.

Изоляция p-n-переходом – простой и дешевый способ; сводится к созданию двух встречно включенных диодов (p-n-переходов) между изолируемыми элементами. На подложку, при таком способе изоляции, должен подаваться самый большой отрицательный потенциал в схеме, чтобы  p-n-переход (подложка-слой элемента) был закрыт. Технология создания такой изоляции из трех наиболее простая, и это единственное преимущество. Недостатками являются: - низкое удельное сопротивление и в связи с этим значительные обратные токи p-n-переходов; - значительные величины барьерной емкости p-n перехода, эта емкость вместе с сопротивлением слоев образует паразитную rC цепь, уменьшающую быстродействие элементов; - в некоторых случаях возможно образование паразитных элементов ухудшающих параметры основных.

Изоляция диэлектриком – более совершенна, так как удельное сопротивление ρдиэл = (103 ¸ 105)∙ρp-n. При этом паразитная емкость уменьшается на порядок, то есть Спар д/э = Спар p-n /10, особенно если использовать диэлектрик с малой   ε. Отсутствуют паразитные элементы. Однако технология значительно сложнее, а производство дороже.

Комбинированная изоляция – вертикальные области изолируются диэлектриком, а изоляция донных областей проводится p-n-переходом, так как паразитная емкость боковых областей намного больше, чем донных.

 

1.   Структуры на биполярных транзисторах

 

1.1. Технология изготовления интегрального n-p-n транзистора с изоляцией p-n-переходом.

Последовательность технологических операций для проведения первой фотолитографии для изготовления окон в SiO2 с целью последующего легирования n-типа примеси с созданием скрытого слоя:

- очищенную подложку окисляют (толщина окисла ~ 0,1 мкм);

- наносят слой фоторезиста (ФР) толщиной ~ 0,1 мкм;

- накладывают первую рабочую копию фотошаблонов (ФШ);

-


поверхность освещают УФ-лучами (λ ~ 0,35 мкм);

 

- обрабатывают ФР, вытравливают засвеченные участки ФР до SiO2; остатки ФР являются защитной маской;

- сквозь окна в ФР вытравливают SiO2 до p-Si;

- удаляют остатки ФР.

На поверхности кремниевой подложки остается маска из SiO2, под защитой которой проводится первая технологическая операция – легирование n – типом примеси для создания будущего скрытого слоя (образуется n+– слой на поверхности).

Затем удаляют SiO2 полностью с поверхности.

В следующей технологической операции эпитаксиальным выращиванием получают n-слой Si толщиной ~ 5-10 мкм по всей поверхности пластины.

Вся схема будет изготовлена в этом слое.

Далее проводят вторую фотолитографию для создания окон в SiO2 с целью проведения разделительной диффузии.

Чарез окна во второй маске из SiO2 проводят легирование, но p-типом примеси (В+), при этом образуются карманы n-типа со скрытым n+-- слоем на дне (будущий коллекторный слой), изолированные со всех сторон. В каждом кармане будет формироваться транзистор.

Далее удаляют остатки SiO2 споверхности подложки и проводят третью фотолитографию: изготовление окон в SiO2 для проведения базовой диффузии (формирование базового слоя). Через третью маску из SiO2 проводят двустадийное легирование бором (В).


Четвертую фотолитографию производят для формирования окон с целью формирования эмиттерного слоя.

 

Диффузию мышьяка As+ проводят до максимальной глубины: толщина активной области базы – порядка 0,3 ¸ 0,4 мкм.


Стравливают защитную маску и проводят пятую фотолитографию для легирования части коллекторной области для изготовления омического контакта.

Шестая фотолитография является подготовительным процессом для выполнения эмиттерных, базовых и коллекторных электродов (металлизация).

Далее на всю поверхность напыляют слой алюминия Al, а заключительная седьмая фотолитография производится для создания металлической разводки элементов (только ФР).

 

 

Лекции полностью!

 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить