Предыдущая страница реферата | 1  2  3  4  5  6  7  8 | Следующая страница реферата

толщиной несколько микрометров. Поверхность эпитаксиальной структуры покрывают защитной пленкой оксида кремния 3 и с помощью фотоли тографии в ней вытравляют окно. Диффузией акцепторной примеси в эпитаксиальном слое формируют базовую р-область 4. Затем окно снова покрывают пленкой оксида и в ней вновь вытравляют окно для создания эмиттерной n -области 5 диффузией донорной примеси. Заключительным этапом является формирование металлических контактов 6 ко всем областям транзисторной структуры. Получение диэлектрических пленок. Диэлектрические пленки используют в качестве маскирующих покрытий при диффузии, а в готовых приборах и схемах - в качестве защиты и изоля- ции элементов и линий металлизации.
Диэлектрические пленки являются одним из наиболее ответственных элементов структуры приборов и во многих случаях определяют механизм отказов и, следовательно, надежность приборов. Любые неоднородности диэлектрических пленок как при маскировании, так и при защите почти неизбежно приводят к дефектам и отказам приборов. Эксплуатационным требованиям достаточно полно отвечает диоксидил кремния (Si02), получаемый при нагревании поверхности ремния в присутствии кислорода (термическое окисление). Пленка
SiO2 обладает наилучшими маскирующими свойствами и высокими электрическими параметрами. Хорошо растворяясь в плавиковой кислоте. SiO2 в то же время практически стабилен по отношению к смесям HF+HNO3, что позволяет эффективно использовать его в качестве маски при селективном травлении кремния. Термическое окисление применимо только к кремнию. Окисление кремния проводят в однозонных диффузионных печах со специальными газораспределительными устройствами при 50-1200° С. Рост оксида происходит на границе раздела оксид-кремний, следовательно, окислитель (кислород или молекулы воды) диффундирует сквозь растущую оксидную пленку к его границе, где вступает в реакцию с кремнием. В связи с этим скорость роста оксидной пленки со временем падает, как это показано на рис. 4..

[pic]

Рис 4. Зависимость толщины x0 оксида от времени окисления t при постоянных температуре и давлении газообразного окислителя.

В зависимости от окислительной среды различают термическое окисление в сухом кислороде, в атмосфере водяного пара и комбинированное.
Термическое окисление кремния в сухом кислороде характеризуется наибольшей продолжительностью и более высоким качеством пленки по сравнению с окислением в атмосфере водяного пара, о чем свидетельствует ее высокая плотность (2.27 г/см3). В этом случае для получения пленки SiO2 толщиной
1 мкм при 1300°С требуется 15 ч. Процесс окисления кремния в атмосфере водяного пара ( гидротермальное окисление) харак- теризуется большими скоростями роста и возможностью получения толстых (2-3 мкм) пленок SiO2.
Основным недостатком процесса окисления в атмосфере водяного пара является низкое качество получаемых пленок и, как следствие, ухудшение их защитных свойств. Низкая плотность пленок (около 2 г/см3) связана с их пористостью из-за наличия водорода и гидроксильных групп ОН. Поэтому термический оксид обычно создают при комбинированных режимах окисления, чередуя этапы выращивания пленок в сухом и влажном кислороде. Наиболее часто окисление проводят в три стадии: в сухом кислороде, увлажненном -для ускорения процесса и наращивания достаточно толстой пленки и вновь - в сухом.
Термическое окисление связано с воздействием высокой температуры, что приводит к диффузионному размыванию (изменению геометрии) формируемой структуры прибора. Для снижения тем пературы применяют способы осаждения пленок SiO2 из летучих кремнийорганических соединений при 700°С, причем они уни версальны почти для всех полупроводников. Большое распространение получил способ пиролитического осаждения диоксида кремния с использованием тетраэтоксисилана, пиролиз (т. е. термическое разложение) которого протекает согласно реакции

Si (ОС2Н5)4 Si02 +4C2H4 + 2Н20
Скорость осаждения пленки при 750°С составляет 0,03 мкм/мин. Кроме SiO2 в планарной технологии в качестве защитного и мас кирующего покрытия используют пленки нитрида кремния Si3N4, являющиеся более плотными и непроницаемыми по отношению к диффузиантам, чем пленки SiO2. Основным способом получения пленок нитрида кремния является пиролитическое осаждение, реакция которого протекает при взаимодействии силана и аммиака:

3SiH4 + 4NH3=Si3N4+ 12Н2

Осаждение Si3N4 происходит при 900°С. Возможно также исполь- зование реакции взаимодействия четыреххлористого кремния с аммиаком

3SiCl4+4NH3 Si3N4+ 12НСl

Нитрид кремния осаждают на установках эпитаксиального на- ращивания или в диффузионных однозонных печах, снабженные специальным устройством газораспределения. Скорость осаждения нитрида кремния зависит от температуры и расхода силана и аммиака. Фотолитография. Электрические и эксплуатационные характеристики изготовляемых микроэлектронных приборов неразрывно связаны с размерами элементов и их взаимным расположением.
Фотолитография является основным и практически единственным способом прецизионной локальной микрообработки, применяемым для получения необходимых размеров и конфигураций элементов ИМС (от единиц до десятых долей микрометра). Фотолитография состоит из совокупности целого ряда физических, фотохимических и химических процессов и используется для созания защитного рельефа (маски) на поверхности полупроводниковой пластины. Для этого применяют специальный светочувствительный мматериал - фоторезист, обладающий устойчивостью к воздействию агрессивных средств
(кислот, щелочей) . Тонкий слой фоторезиста наносят на полупроводниковую подложку и производят засветку (экспонирование) через специальный инструмент - фотошаблон, имеющий прозрачные и непрозрачные для используемого света участки, определяющие топологию прибора. Под действием света в фоторезисте протекают фотохимические реакции, которые в зависимости от типа используемого фоторезиста приводят к усилению или ослаблению его растворимости в определенных химических растворах. Мосле проявления на поверхности подложки остается защитный слой фоторезиста, повторяющий позитивное или негативное изображение фотошаблона. Последующее использование защитного рельефа в зависимости от технологического этапа изготовления прибора заключается в травлении материала подложки на незащищенных фоторезистом участках или нанесение какого-либо материала на эти участки. Так , при проведении фотолитографии по слою SiO2 при травле- нии проводят селективное удаление диэлектрика над теми участками полупроводника, где должны быть созданы диффузионные структуры, а при фотолитографии по слою металла формируют топологию контактных площадок, межсоединений, пассивных элементов.

В процессе изготовления приборов операции фотолитографии многократно повторяют (до 10-12 раз в сложных ИМС). При этом на каждом этапе изображение используемого фотошаблона должно с высокой точностью совмещаться с рисунком на подложке, полученным на предыдущих операциях фотолитографии. Таким образом, создается геометрия планарного прибора, его активных областей, контактов, соединений и т. д.

Для проведения фотолитографии используют механическое, оптико- механическое и химическое оборудование, к которому предъявляют повышенные требования.

Диффузия примеси.

Целью проведения диффузии является внедрение атомов легирующего элемента в кристаллическую решетку полупроводника для образования р-n- перехода на глубине Xпер. В этом случае концентрация введенной примеси оказывается рав ной концентрации исходной примеси Nисх в полупроводнике.
Раз меры диффузионной области в плане определяются размерами окна в слое диэлектрика, так как скорость диффузии примеси в SiO2 и Si3N4 на несколько порядков ниже, чем в полупроводнике.

Различные способы диффузионного легирования различаются фазовым состоянием легирующей примеси (газообразное, жидкое, твердое), подводом примеси к подложке и конструкцией установок. В большинстве случаев диффузию проводят в окислительной атмосфере. Температура диффузионного легирования кремния 1050- 1200°С.

Диффузия в полупроводник в большинстве случаев происходит за счет перемещения диффундирующих частиц, по вакантным узлам кристаллической решетки. Кроме этого, возможны прямой обмен атомов местами в узлах кристаллической решетки и перемещение атомов по междоузлиям.

В качестве легирующих примесей выбирают элементы, имеющие достаточно высокую скорость диффузии и хорошую растворимость в полупроводнике при температуре диффузии. Для кремния в каче стве диффузантов чаще всего используют элементы III и V групп таблицы Д. И. Менделеева. Основной донорной примесью является фосфор, который по сравнению с часто применяемыми сурьмой и мышьяком имеет более высокую скорость диффузии в кремний.

В качестве акцепторных примесей используют алюминий, галлий, индий и бор. Бор применяют наиболее часто, поскольку он обладает наиболее высокой предельной растворимостью.

Одним из эффективных способов создания р-n-переводов является ионное легирование. Ионы легирующего вещества, обладающие высокой энергией, направляются на поверхность полупроводника и внедряются в его кристаллическую решетку. При этом ионы вызывают каскад смещений атомов полупроводника, приводя к образованию аморфизированных областей, в которых кристаллическая структура решетки нарушена.

Для получения высокой концентрации активных примесей (помещения их в узлы кристаллической решетки) и восстановления кристаллической структуры полупроводника после ионного легирования требуемся отжиг, который проводят при 400-700°С. Внедренные и смещенные атомы при этих температурах приобретают подвижность, достаточную для перехода в вакантные узлы и упорядочения структуры.

Процесс ионного внедрения характеризуется энергией ионов, плотностью тока ионного пучка, дозой облучения. Изменяя пара метры ионного пучка, можно управлять профилем распределения концентрации внедренных ионов и с высокой точностью изменять концентрацию примесей в полупроводнике.

Эпитаксия.

Это технологический процесс выращивания тонких монокристаллических слоев полупроводника на монокристалличеcкиx подложках. Материал подложки в процессе выращивания играет роль затравочного кристалла, а получаемая пленка является продолжением ее структуры. Характерной особенностью эпитаксии является возможность формирования слоев с заданными электро- физическими свойствами и геометрическими размерами. Так, если в процессе эпитаксиального выращивания наряду с атомами полупроводника в росте пленки участвуют и атомы легирующего элементa, то на границе раздела пленка - подложка можно получить p-n-переход или изотопные переходы n + -n и р +
-р. Таким образом, в тонких слоях (2-10 мкм) эпитаксиально-планарных структур создаются элементы ИМС, а подложка толщиной 500 мкм яв ляется несущей конструкцией.

При создании приборов диффузионным легированием число диффузионных процессов может быть ограниченно. Так, при проведении трех диффузионных процессов трудно получить нужную концентрацию примеси в нижнем слое, в особенности если он должен иметь высокое удельное сопротивление, т. е. низкую концентрацию носителей.

Гораздо легче получать слои с требуемым распределением примесей, если они вводятся в процессе выращивания эпитаксиальных пленок. Равномерное распределение примесей, которое неосуществимо в диффузионных слоях, легко достигается при эпитаксии. При совместном использовании эпитаксии и диффузии улучшаются эксплуатационные характеристики полупроводниковых приборов.

Процесс эпитаксиального наращивания слоев полупроводника заключается в осаждении его атомов на подложку, в результате чего на ней вырастает слой, кристаллическая структура которого подобна структуре подложки.
Эпитаксиальный слой обладает теми же структурными дефектами, что и подложка, поэтому для получения надежных полупроводниковых приборов первостепенное значение имеют чистота и структурное совершенство материала подложек.

Рекомендуем скачать другие рефераты по теме: реферат этикет, план конспект урока, реферати українською.





Предыдущая страница реферата | 1  2  3  4  5  6  7  8 | Следующая страница реферата