Технические дисциплины - Микроэлектроника

Лекц.10.

4.1.3.Изоляция коллекторной диффузией

Таким образом, мы рассмотрели изоляцию разделительной диффузией. Другой разновидностью изоляции p-n-переходом является изоляция коллекторной диффузией, преимуществом которой является меньшее количество операций, что обеспечивает увеличение плотности упаковки, а недостатком - меньшее пробивное напряжение коллектора.

На поверхности подложки p-типа формируют n+ скрытые слои, производят эпитаксиальное наращивание p-Si слоем, толщиной 3 ¸ 5 мкм. Затем производят диффузию n-Si до пересечения области n-типа со скрытым слоем.

 

Слои n+ ограничивают с четырех сторон по периметру p-эпитаксиальный Si. Затем в этой области формируют эмиттерный слой:

 

, e ∙ Uкр = e ∙ φp – e ∙ φn,

C = εε0S/L, .

Так как эта область сильно легирована, то в этом слое самая большая барьерная емкость.

4.1.4.Изоляция диэлектриком

 

Эпик-процесс - исторически, первый способ изоляции диэлектриком.

-         на подложке из n-типа Si формируется сильно легированный слой (n+), основа будущего скрытого слоя;

 

-         через маску в пластине вытравливаются канавки глубиной 3-10 мкм;

-         поверхность всей пластины окисляется;

 

 

-         выращивают толстый слой поликристаллического кремния толщиной порядка 300 мкм (толщина подложки);

-         подложку сошлифовывают, получая карманы n-типа со слоем (n+) на дне, карманы изолированы диэлектриком;

-         В этих карманах формируют транзисторы.

 

 

Технология довольно сложная, основная трудность точная шлифовка.

 

 

 

 

 

 

Технология кремний на сапфире (КНС) (Silicon On Sapphire {SOS}).

Монокристаллический Al2O3 и Si имеют одинаковую кристаллографическую структуру, постоянные решеток близки. По этому кремний образует на сапфире монокристаллическую пленку. На всей поверхности сапфировой подложки выращивают слой n-Si толщиной 2-3 мкм. За тем через маску в слое n-Si вытравливаются канавки до Al2O3. В результате образуются островки, отделенные друг от друга воздушными промежутками. В этих островках  формируют транзисторы. Недостаток – рельефность, затрудняющая формирование металлической разводки

 

4.1.5. Комбинированные способы изоляции

При комбинированной изоляции изоляция боковых частей зон производится диэлектриком, а изоляция донной части – p-n-переходом. Этот способ занимает ведущее место в технологии интегральных микросхем.

1.Изопланар-самый распространенный способ комбинированной изоляции. В основе лежит сквозное прокисление тонкого слоя (2-3 мкм) n-Si. Предварительно, на подложке из p-Si выращивают эпитаксиальный слой n-Si; на его поверхности формируют маску из Si3N4, сквозь которую проводят прокисление слоя n-Si в нужных местах. Коллекторный «карман» слой при этом разделяется диэлектриком на две части коллекторную и базовую области. Обе области связаны друг с другом через скрытый слой (n+). В базовой области в дальнейшем формируется эмиттерный слой.

Изоляция боковых сторон транзистора выполняется диэлектриком, а донной части p-n переходом.

Частотные характеристики таких транзисторов значительно лучше, чем у транзисторов, сформированных методом разделительной диффузии. Кроме того, повышается плотность упаковки и выход годных изделий за счет повышения точности совмещения слоев (самосовмещение).

 

Другой вариант этой изоляции: изоляция V-канавками.

В этом варианте технологии вместо сплошного прокисления  используется сквозное протравливание эпитаксиального слоя n-Si с последующим окислением поверхности канавок. Выполняется такой вариант технологии на подложках с выходом на поверхность кристаллографического направления [100]. При глубине канавок 4-5 мкм ширина в верхней части получается 6-7 мкм. Недостатком подложек кристаллографического направления [100] является повышенная концентрация дефектов кристаллической структуры.

При использовании реактивного ионного травления канавки можно сузить, такой метод получил название изоляция  U– образными канавками.

После формирования канавок их заполняют поликристаллическим кремнием. Для чего сначала запыляют всю поверхность пластины поли – Si, а за тем ошлифовывают, оставляя, поли – Si только в канавках.

 

4.1.6.Технология изготовления n-p-n интегрального транзистора с комбинированной изоляцией для скоростных интегральных схем

К скоростным интегральным схемам предъявляется требование наибольшей плотности упаковки. Исходя из этого, технология изготовления таких ИС имеет следующие особенности.

Берут высокоомную подложку кремния (p-) - типа с концентрацией примеси NА< 1015см-3 (то есть не менее 8N), и на ней через маску из SiO2 формируют скрытые слои из (n+)-Si. Первая литография проводится для изготовления скрытых слоев.

 

 

Далее маску из SiO2 стравливают и формируют маску из Si3N4, предварительно вырастив эпитаксиальный слой n-Si толщиной порядка 3 мкм.

 

Сквозь эту защитную маску Si3N4 незащищенные участки протравливаются ионно-плазменным травлением на толщину примерно половины толщины эпитаксиального n-Si.

Далее на эту структуру накладывают съемную маску из металла, которая закрывает протравленную ямку на против скрытого слоя, оставляя открытыми канавки по периметру скрытого слоя. В этих канавках проводят легирование бором  для создания, так называемых, противоканальных областей. p+- типа. Они в дальнейшем служат  изоляцией между скрытыми слоями.

 

Эти p+- типа области далее будут предотвращать возможность образования каналов инверсной проводимости в областях между скрытыми слоями соседних транзисторов. Образование таких  каналов инверсной проводимости возможно если между скрытыми слоями располагается слабо легированный кремний подложки.

За тем съемную маску удаляют, и через защитную маску Si3N4 проводят локальное (по канавкам)  окисление эпитаксиального слоя до глубины скрытых слоев. Слой окиси при окислении растет как вниз, так и вверх, заполняя всю глубину канавки, восстанавливая почти плоскую поверхность пластины. Нижняя граница SiO2 попадает в скрытый слой.

О причинах образовании каналов инверсной проводимости между скрытыми слоями, в случае если между ними расположен слабо легированный кремний. На границе SiO2 с Si всегда существует положительный поверхностный заряд. Он появляется в связи с образованием вакансий кислорода в SiО2, которые проявляют себя как положительные заряды (положительно заряженные дефекты). А подложка почти не легирована, Si (8 ¸ 9)N, и поскольку концентрация p - типа примеси в подложке очень низкая, то в присутствии положительного поверхностного заряда в SiO2, в приповерхностном слое кремния (p-) - типа  происходит смена типа проводимости. В результате этой  инверсии проводимости нарушается изоляция между соседними скрытыми слоями. Если же на границе SiО2Si, последний сильно легирован, то инверсии проводимости не происходит.

 

 

После этого процесса удаляют Si3N4 и проводят очередную фотолитографию, создают в окиси кремния окна для проведения базовой диффузии. Базовый слой легируется примесью p-типа (самосовмещающаяся технология).

 

 

 

Две следующих фотолитографии проводится для создания масок из SiO2, сквозь которые (по очереди) проводится создание активной области базы, и слоёв эмиттера и коллектора.

 

 

Сквозь маску в поверхностный слой вводят очень высокую концентрацию примеси: в область эмиттера и коллектора – n+, а в область базы – p+. Причем эти поверхностные слои (кроме основного предназначения) выполняют функцию проводников первого уровня.

Чтобы уменьшить их сопротивление, наносят на эти сильнолегированные слои силициды вольфрама или молибдена. Затем всю поверхность запыляют SiO2, создавая изолирующий слой между первым и вторым уровнями соединительных проводников.

 

Так как это технология самосовмещения, то плотность упаковки можно сильно увеличить.

 

 

Лекции полностью!

 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить