книги из ГПНТБ / Мазель Е.З. Планарная технология кремниевых приборов

Г*с. пуб^"**»»*

последовательность применения описываемых опе­ раций в технологическом процессе, а взаимосвязь методов. Так, после главы, посвященной окисли­ тельным процессам, следует глава о тесно связан­ ных с «ими методах диффузии, и лишь затем рас­ сматривается фотолитография. Из-за ограниченного объема книги лланарная технология рассмотрена на примере создания дискретных кремниевых 'при­ боров, в основном транзисторов, с кратким упоми­ нанием о специфических особенностях, возникаю­ щих :при изготовлении интегральных схем. Изготов­ ление тшаиарных приборов на основе германия или других полупроводников не отличается принципи­ ально от технологии кремниевых приборов и в кни­ ге не рассматривается.

Книга рассчитана на инженеров и в первую оче­ редь молодых специалистов, занимающихся разра­ боткой и производством полупроводниковых при­ боров и интегральных схем, а также на студентов старших курсов соответствующих высших учебных заведений.

Главы 1, 2, 5, 7 и § 8-3 написаны Ф. П. Прессом, гл. 3, 4, б и § 8-1, 8-2 — Е . 3. Мазелем.

Авторы признательны канд. техн. наук Г. Б. Ви­ ноградову за большой труд, выполненный им при редактировании книги. Авторы благодарят доктора

ковича, канд. техн. наук Ю. В. Поликанова и канд. техн наук И. М. Скворцова, ознакомившихся с ру­ кописью и сделавших ряд ценных замечаний.

защищать от внешних воздействий. В сплавных прибо­ рах применяют, как правило, тсремнийорганическне по­ крытия, которые недостаточно эффективно предохраня­ ют переходы от .проникновения влаги или газов и не обеспечивают стабильности параметров сплавных при­ боров.

Быстродействие сплавных приборов ограничено, по­ скольку нельзя сделать электроды очень малыми по размерам или придать им сложную конфигурацию. Сплавные транзисторы, имеющие слаболегированную базу и сильнолегированный коллектор, не позволяют со­ четать 'большую предельную частоту и высокое рабочее напряжение (исключение представляют сложные в из­ готовлении транзисторы с p-n-i-p структурой).

В 1950 г. была осуществлена попытка получения транзистора с более тонкой базой путем управляемого вытягивания слитка крем­ ния из расплава (рис. 1-1,в). Изменяя режим вытягивания или вводя в нужный момент легирующую примесь, получали транзисторные структуры с толщиной базовой области 5 мкм. Метод вытягивания не нашел, однако, широкого применения из-за сложности оборудова­ ния, малой точности задания толщины базы, трудностей присоедине­ ния выводов. Тянутые транзисторы имели большое последовательное сопротивление коллектора и высокие значения фактора шума.

Замена в 1953 г. метода вплавления на диффузию — процесс, идущий в твердой фазе и 'потому намного .более медленный, позволила резко расширить возможности тех­ нологии. Скорость вплавления обычно составляет не менее 103 мкм/мин, в то время как скорость движения диффузионного фронта 1 мкм/ч. Кроме того, диффузия— это однонаправленный процесс, т. е. при понижении тем­

В результате применения метода диффузии появилась практически возможность создавать транзисторы с тол­ щиной базы 0,2—0,3 мкм. Однако способ получения переходов с малыми размерами и сложными конфигу­

использовалось травление .с довольно трубой защитой воском или другими кислотостойкими составами (рис. 1-1,г). Создаваемые таким образом мезаструктуры («меза» в переводе означает стол) имели размеры сто­ рон не менее 300—500 мкм, что ограничивало частотны? свойства и быстродействие приборов.

Можно считать в самом общем виде, что технологи*' ческие операции направлены на введение примеси с требуемым распределением концентрации по объему полу' проводника, т. е. как тю .поверхности (конфигурация пе­ рехода), так и в глубину. Мезатехнология в этом смысле негармонична, поскольку не .решает важной задачи фор­ мирования конфигурации областей прибора. Тем не ме­ нее и © настоящее время выпускается большое количест­ во мезаприборов, в особенности 'высоковольтных.

В 1957 г. были проведены работы [Л. 1-5] по локали­ зации диффузии примесей в кремний. Оказалось, что тонкий слой двуокиси кремния, выращенный на его по­ верхности путем высокотемпературного нагрева в окис­ лительной среде, хорошо маскирует кремний от проник­ новения большинства примесей. Объясняется это тем, что в двуокиси кремния коэффициент диффузии доноров и акцепторов, исключая галлий, весьма мал. В результате появилась возможность задавать конфигурацию элек­ тродных областей, удаляя в требуемых участках слой двуокиси кремния. Кроме того, как выяснилось в 1959 г., слой окисла гораздо лучше, кремнийорганические покрытия, защищает выход р-п перехода на поверхность от внешних воздействий и обеспечивает стабильность электрических параметров прибора.

К 1958 т. относится разработка фотолитографическо­ го метода, сыгравшего наиболее значительную роль в становлении пленарной технологии. Метод фотолито­ графии заключается в том, что на поверхность окислен­ ного кремния наносят слой светочувствительного и кис­ лотостойкого состава (фоторезиста), в .котором образу­ ют рисунок в виде окон необходимой конфигурации. Оки­ сел в окнах удаляют травлением и получают таким об­ разом маску, защищающую поверхность от диффузии примесей. С появлением фотолитографии стало доступ­ ным создание р-п переходя с весьма малыми размерами И сложными конфигурациями.

Объединение воедино метода диффузии, метода .мас­