Эпитаксиальное наращивание

Биполярный транзистор — наиболее часто применяемый элемент ИМС. Биполярные транзисторы п — р — n-типа, изготовленные по планарно-эпитаксиальной технологии, являются основными элементами почти всех аналоговых микросхем. Остальные элементы микросхемы выбирают и конструируют так, чтобы они совмещались с основной п — р — «-структурой. Все элементы такой микросхемы изготовляют чаще всего в эпитаксиальном слое, имеющем электронную проводимость.

Интегральная микросхема К140УД1 изготавливается по планарно-эпитаксиальной технологии на кремниевой подложке /7-типа со скрытым слоем п+-типа в области коллектора и монтируется в круглом металлостеклян-ном корпусе типа 301.12—1. Коэффициент усиления при разомкнутых внешних обратных связях может иметь величину от 400 до 1200. Граничная частота, на которой коэффициент усиления /С s; 1, приблизительно равна 20 МГц.

Внедрение в 60-х годах планарно-эпитаксиальной технологии открыло перспективу резкого уменьшения (микроминиатюризации) габаритов электронной аппаратуры. Были созданы интегральные микросхемы, в одном кристалле которых содержатся сотни активных и пассивных элементов.

Последовательность изготовления транзисторов по планар-но-эпитаксиальной технологии включает следующие основные этапы ( 7.3). На исходной отполированной поверхности кремния (низкоомная подложка га+-типа) / выращивают высоко-омную эпитаксиальную пленку га-типа 2. Далее пластина окисляется в потоке кислорода для создания защитной пленки (маски) SiO2 3. С помощью фотолитографических процессов на эту пленку наносят фоторезист (фоточувствительный лак) 4 и фоточувствительный слой. После этого облучают поверхность ультрафиолетовыми лучами 5 через фотомаски. Облученные участки 7 фоторезиста задубливаются (превращаются в кислотоупорный слой), а необлученные — удаляют. После этого вытравливают, «окна» и уда-. ляют задубленный защитный рельеф. Через «окна» производят диффузию акцептора, образующего переход коллектор — база и базовая область 8 и после окисления вводят донорную примесь» образующую эмиттерную- область 9 и переход эмиттер — база. Для получения контактных площадок эмиттерной и базовой об-

Биполярные и МОП ИМС изготовляют по планарно-эпитаксиальной технологии путем многократного повторения процессов формирования фото (электронно) резис-тивных масок, травления, легирования и оксидирования, нанесения полупроводниковых, диэлектрических и металлических слоев. Существует множество комбинаций этих операций. Каждая из них рассматривается как самостоятельный ТП.

Интегральные логические схемы данного класса обладают следующими преимуществами: отсутствием металлизации внутрисхемных соединений, используемой для соединения отдельных инверторов в схему логического вентиля; реализацией на одном кристалле как вентилей И — НЕ, так и ИЛИ — НЕ путем изменения топологии; отсутствием изоляции между элементами. Перечисленные преимущества значительно расширяют функциональные возможности логических схем с инжекционным питанием. Такие базовые логические элементы могут быть изготовлены по обычной планарно-эпитаксиальной технологии без увеличения числа технологических операций, а также числа фотошаблонов, необходимых для формирования структуры классической И2Л.

ров после каждой операции. Предпочтение при этом отдается обобщенным информативным параметрам, содержащим интегральную информацию о структуре, сформированной с помощью последовательно проведенных двух-трех операций. Например контроль напряжения пробоя изолирующего р-л-перехода при изготовлении кристаллов по планарно-эпитаксиальной технологии может характеризовать качество выполнения операций термического окисления, фотолитографии и диффузии.

пленка толщиной до 2 мкм; в некоторых случаях применяются сильнолегированные полоски кремния п+- илир+-типа с металлизацией омических контактов золотом или алюминием. Гибкость планарно-эпитаксиальной технологии позволяет использовать различные методы и приемы для повышения качества каждого элемента и интегральной схемы в целом.

Недостатком планарно-диффузионной технологии является сравнительно малая точность границ р-п-р-пе-реходов, так как диффузия примесей идет с поверхности подложки. Поэтому примесь распределяется неравномерно по толщине подложки: концентрация на поверхности больше, чем в глубине. Указанный недостаток в значительной мере устраняют с помощью планарно-эпитаксиальной технологии.

диффузионной технологии. Дальнейшие этапы формирования на островках планарных, транзисторов принципиально ничем не отличаются от подобных этапов планарно-диффузионной технологии. При планарно-эпитаксиальной технологии примесь распределена равномерно по толщине и р-я-переходы достаточно четкие.

Полупроводниковые биполярные ИС изготовляют на кремниевых монокристаллических пластинах (диаметром до 100—125 мм) методами планарно-эпитаксиальной технологии с применением фотолитографии, локального ионного и диффузионного легирования, различных методов выращивания и осаждения диэлектрических и проводящих слоев. Все элементы полупроводниковой ИС получают одновременно в ходе единого технологического цикла.

Наиболее прогрессивные методы изготовления датчиков Холла — диффузия примесей и эпитаксиальное наращивание. Датчики, получаемые этими методами, сочетают преимущества монокристаллических и пленочных датчиков: высокое значение /?н и чувствительности.

Эпитаксиальное наращивание представляет собой наращивание кристалла путем осаждения из газовой фазы слоев атомов кремния на кремниевую подложку. Путем изменения скорости осаждения и контролируемого введения легирующих примесей осуществляется формирвван-ие

Эпитаксиальное наращивание Толщина слоя Удельное поверхностное сопро- Фотометрический Электрический Спектрофотометры ИКС- 14, ИКС-22 Измеритель ИУС-3 То же Цех, ОТК — выборочно Отклонения от норм, заданных в ТД То же

Уменьшение удельного сопротивления коллектора снижает пробивное напряжение коллекторного перехода. Чтобы сохранить достаточно высоким напряжение {/Кбодоп. между базой и коллектором вводят слой беспримесного полупроводника с высоким объемным сопротивлением, а коллектор делают с малым объемным сопротивлением. Такой транзистор с промежуточным слоем между базой и коллектором называют эпитаксиальным транзистором ( 3.39, а),так как для получения слоя 2 высокого сопротивления применяется так называемое эпитаксиальное наращивание полупроводника. Наращивание заключается в том, что химическое соединение полупроводникового элемента разлагается у поверхности пластинки п-германия /, являющейся базой транзистора, и образует на ней пленку полупроводника 2. В качестве химического соединения применяют хлориды германия. На эпитаксиальную пленку наносят высоколегированный слой р-германия 3, являющегося коллектором транзистора. Вывод коллектора припаивают к напыленному на р-германий омическому контакту 4. Область кристалла / с ^-электропроводностью образуется вплавлением эмиттера Э. Благодаря увеличенному расстоянию между

по характеру выполняемых процессов — на подготовительные: механическая обработка, эпитаксиальное наращивание слоя полупроводника на подложку; основные: фотолитография, химическая обработка, термическая обработка; заключительные: сборочные; сквозные: операции контроля.

Сингулярными плоскостями являются такие плотно-упакованные плоскости, при присоединении к которым атома или группы атомов остаются свободными менее половины возможных связей плоскости. Этому критерию в кристаллической структуре типа сфалерита, характерной для большинства соединений AIIIBV и AllBV[, соответствуют плоскости {100} и {111}. Поэтому эпитаксиальное наращивание этих соединений и их твердых растворов производят на подложках, ориентированных по {100} или {111}.

При производстве полупроводниковых приборов широко используют эпитаксиальное наращивание — наращивание монокристаллических слоев полупроводника на поверхности монокристаллической подложки того же полупроводника, а иногда и другого по химическому составу полупроводника. При эпитаксиальном наращивании в зависимости от использованной примеси можно получить эпитаксиальный слой с тем же типом электропроводности, что и исходный полупроводник, но с другим удельным сопротивлением, а можно получить эпитаксиальный слой с другим типом электропроводности, т. е. создать эпитаксиальный р-п-переход.

цией акцепторов (л-слой), либо с небольшой концентрацией доноров (v-слой). Энергетическая диаграмма, распределение примесей, плотность объемного заряда и электрического поля в p-i-n- и р-я-л-структурах показаны на 3.53. Методы формирования этих структур различны: вплавление и диффузия примесей, эпитаксиальное наращивание, ионное легирование.

— сродства к электрону 69 Эпитаксиальное наращивание 49 Эпитаксиальный р-п-переход 49 Эффект Ганна 354

В методе локальной эпитаксии, предложенном отечественными учеными и сейчас применяемом в изопланарном процессе, изоляцию осуществляют термически выращенным окислом. В слое окисла толщиной от 2 до 4 мкм вытравливают окна, производят локальное эпитаксиальное наращивание кремния, а затем формируют в этом слое элементы ИМС. Технологическая схема процесса показана на 16-11, этот метод особенно перспективен для создания высокочастотных транзисторных структур.

В помещениях 1-го класса выполняют наиболее ответственные операции: финишную очистку и отмывку пластин, фотолитографию, эпитаксиальное наращивание, диффузию примесей, вакуумное напыление.