Пленарной технологии

2.24. Классификация процессов ионно-плазменного травления

Классификацию процессов ионно-плазменного травления, применяемых в современной технологии, можно представить в виде схемы ( 2.24).

Одним из основных преимуществ ионно-плазменного травления является высокая разрешающая способность при обработке заданных конфигураций профиля микроструктур. В методе жидкостного химического травления разрешающая способность (а стало быть, и точность) обработки ограничивается эффектом подтравливания под маску. Поэтому ширина линии в рабочем материале

Механизмы процессов ионно-плазменного травления до сих пор изучены недостаточно. Тем не менее существует несколько теоретических предпосылок, позволяющих удовлетворительно объяснять наблюдаемые экспериментальные факты.

При травлении хрома в хлорсодержащей плазме необходима добавка кислорода для получения легколетучих окси-хлоридов хрома, например СгОС13. Скорость травления хрома мала. При травлении золота и платины лучшие результаты получаются при использовании плазмы фреона-31 CF3C1. Сопоставление основных характеристик и режимов различных видов ионно-плазменного травления представлено в табл. 2.5.

В системах с самостоятельным разрядом необходимо поддерживать давление на уровне 10—1 Па, в системах с искусственным поддержанием разряда давление может быть снижено до 1 -г 10 ~2 Па. На 2.27 показаны схемы трех основных типов систем ионно-плазменного травления.

В современной технологии микроэлектронных приборов процессы ионно-плазменного травления могут использоваться при профилировании поверхности рабочих материалов с использованием различных масок или без маскирования при программированном движении сфокусированного ионного пучка; при удалении фоторезистивных масок после выполнения

Таблица 2.5. Сопоставление методов ионно-плазменного травления

2.26. Классификация систем для ионно-плазменного травления

Размеры выпрямляющего перехода зависят от частоты, на которой должен работать диод. Для очень высоких частот (в десятки и сотни гигагерц, что соответствует миллиметровому диапазону длин волн) с целью уменьшения барьерной емкостк необходимо уменьшение диаметра перехода Шотки до 2...3 мкм. Такие размеры оказываются предельными для обычной фотолитографии, в частности, из-за подтравливания защитного слоя диоксида под маской фоторезиста при химическом травлении окон в слое диоксида. Для устранения этого явления используют методы ионно-плазменного травления.

Для напряжений не более 50... 100 В была разработана специальная технология высокочастотных МДП ключевых транзисторов. Они нашли широкое применение в преобразователях типа DC-DC для источников питания бортовых схем и устройств автомобильной электроники В данной технологии использовался метод плазменного травления. В пластине кремния создавались вертикальные канавки, заполняемые поликремнием, используемые в качестве вертикального затвора ( 1.26).

товлении методом пленарной технологии полупроводниковых ИМС объемная концентрация носителей в области переходов обычно совтавляет: в коллекторе — 101в см~3, в переходе база — эмиттер — 1017...1018 см"8. Это обусловливает относительно низкие значения пробивных напряжений переходов (6...9 В эмиттерного и 20...30 В коллекторного).

Внедрение пленарной технологии привело к переходу производства дискретных полупроводниковых приборов практически полностью на этот вид технологии. Поэтому структуры дискретных полупроводниковых приборов ( 1.14) отличаются от структуры транзистора полупроводниковой микросхемы ( 1.1) только тем» что в них отсутствует изолирующий р — n-переход (так как на подложке размещается лишь один полупроводниковый прибор).

Для изготовления полупроводниковых ИМС используют пластины кремния толщиной не более 30—50 мкм и диаметром 50—100 мм, образующие подложку. На поверхности или в объеме таких подложек формируются элементы полупроводниковой ИМС. В основе формирования элементов на подложке лежит планарная технология, позволяющая групповым методом обрабатывать одновременно несколько десятков подложек с сотнями и тысячами полупроводниковых ИМС на каждой. Элементы, изготовленные по пленарной технологии, имеют плоскую структуру: р-п-пере-ходы и соответствующие контактные площадки выходят на одну плоскость подложки ( 3.1). Защитная пленка из двуокиси кремния SiCb, нанесенная на поверхность подложки, служит для защиты p-n-переходов от внешних воздействий. После оконча-

ществляется с помощью р-п-перехода или перехода Шотки. Для их создания используют методы пленарной технологии.

5. Изменятся ли в свойства биполярного транзистора, выполненного по пленарной технологии, если его включить в электронную цепь инверсно (поменяв местами точки включения эмиттера и коллектора)?

Современные БТ изготавливаются по пленарной технологии с использованием методов диффузии и эпитаксии. Упрощенный вид планарного БТ со структурой п-р-п, изготовленный методом трех диффузий, показан на 16.12,6. Здесь в полупроводниковую пластину с проводимостью р-типа при первой диффузии вводят донорную примесь на заданную глубину (например, порядка 20 мкм). Таким образом, создают коллекторную область БТ. При второй диффузии в полупроводниковую пластину вводят акцепторную примесь на меньшую глубину (15 мкм) и создают базовую область БТ. При последней, третьей диффузии вводят примеси с высокой концентрацией доноров, создавая эмиттерную область (п + -типа). Выводы БТ располагаются в одной плоскости, поэтому транзистор называется плапарным. Это упрощает процесс изготовления и позволяет автоматизировать монтаж транзистора в корпус, а также снизить его стоимость.

В пленарной технологии многократно повторяются однотипные операции для создания различных по структуре ИМС. Это позволяет выделить небольшое число основных технологических операций и рассмотреть их более подробно.

В начальный период развития транзисторной техники биполярные транзисторы делали только из германия методом вплавления примесей — сплавные транзисторы. В последующие годы, после преодоления ряда трудностей очистки монокристаллического кремния, были созданы кремниевые транзисторы. Кремний обладает большей шириной запрещенной зоны. Поэтому кремниевые транзисторы могут работать при более высоких температурах (до 125°С), имеют меньшие обратные токи коллектора и эмиттера, а также более высокие пробивные напряжения. На кремниевых монокристаллах относительно просто можно создать слой диоксида кремния, который обладает маскирующими свойствами, при диффузии легирующих примесей в кремний. Это привело при производстве кремниевых транзисторов и других кремниевых приборов к широкому использованию высокопроизводительных и точных методов пленарной технологии. В связи с перечисленными преимуществами кремниевые биполярные транзисторы практически полностью вытеснили аналогичные германиевые приборы.

Электронно-дырочный переход, изолирующий отдельные элементы полупроводниковой интегральной микросхемы друг от друга, может быть создан различными способами, которых в настоящее время разработано более десятка. Рассмотрим самый распространенный из них — планарно-эпитаксиальный с разделительной диффузией (см. 7.3). Вначале на пластине кремния выращивают эпитаксиальный слой с электропроводностью типа, противоположного типу электропроводности объема полупроводника, т. е. создают эпитаксиальный р-п-нереход по всей площади пластины кремния. Затем проводят обычные этапы пленарной технологии: окисление поверхности эпитаксиальной пленки, нанесение фоторезиста, засветку его через маску — фотошаблон, вскрытие окон в диоксиде кремния, локальную диффузию акцепторов через весь эпитаксиальный слой до подложки с электропроводностью р-типа ( 7.3, а).

— технология совмещенных схем, когда в полупроводниковом материале по пленарной технологии создаются активные элементы, а на поверхности методами тонкопленочной технологии — пассивные элементы;

Известны две разновидности полевых приборов: транзисторы с управляющим /?-я-переходом и транзисторы с изолированным затвором, или МДП-транзисторы. В технике интегральных микросхем применяют только МДП-транзисторы, которые изготовляют по пленарной технологии. В полевых транзисторах электрод, от которого начинают движение основные .носители в канале, называется истоком, а электрод, « которому перемещаются основные носители,— стоком. Канал — это область полупроводника, по которой между истоком и стоком протекает ток основных носителей, затвор — управляющий электрод. МДП-транзисторы —это четы-рехполюсные полупроводниковые приборы. Кроме истока, стока и затвора, они имеют четвертый дополнительный электрод, присоединенный к подложке — полупроводниковой области, на основе