2. Ионное легирование п/п.

Легирование - дозированное введение примесей в п/п материал для изменения его электропроводности. В зависимости от физики процесса и применяемого технологического оборудования различают: высокотемпературную и радиационно-стимулированную диффузии, а также ионную имплантацию.

Высокотемпературная диффузия. Основана на перераспределении частиц одного вещества в другом, в направлении убывания их концентрации при тепловом воздействии.

Диффузия - процесс объемный, где в-во перераспределяется в объеме исходной подложуи полупроводника по трем направлениям (координатным осям (x,y,z)

Предполагают 3 механизма диффузии:

1. взаимным замещение атомов

2. по междоузлиям

3. по вакансиям

Ионная имплантация - введение в полупроводник необходимых примесей в виде ионов. Обладая большой энергией (до 1000 кэВ) они проникают через поверхность п/п в его кристаллическую решетку. В результате столкновений с атомами, расположенными в узлах кристаллической решетки, ионы примеси смещают из в междоузлия с образованием вакансий или междоузленных атомов. Т.к. энергия ионов в 100-1000 раз больше энергии связи атомов в решетке полупроводника, каждому из них соответствует огромное количество энергии. Этот лавинообразный процесс вызывает каскад последовательных смещений в кристаллической решетке, разупорядочение ее и возникновение нескольких тысяч точечных деффектов. Поэтому п/п подложки для восстановления их кристаллической структуры и снятия напряжения после ионного легирования отжигают при 600-800⁰С или обрабатывают лазером.

Ионное легирование широко применяют при изготовлении БИС и СБИС. При данном методе возможно точное и воспроизводимое дозирование внедряемой примеси в результате строго контроля тока ионного пучка и времени облучения, а также проведения процедуры за несколько минут, что невозможно при термической диффузии, Кроме того, ионное легирование позволяет формировать p-n переходы с точностью до 0,02 мкм и совместимо с другими технологическими процессами.

Недостатки:

- отжиг п/п подложек при температуре в несколько сот градусов

- сложность создания глубоко легированных областей

- расфокусировка ионного пучка при обработке подложек больших размеров

Билет № 5

1.Полупроводниковые имс.

Полупроводниковые интегральные микросхемы - это интегральные микросхемы, все пассивные и активные элементы которых изготовлены в одной пластинке полупроводника (монокристалле кремния).

Технологический процесс изготовления п/п-ых ИМС. Полупроводниковые ИМС изготовляют из кремния, поступающего на предприятие в виде кристаллических слитков, которые разрезают на множество тонких пластин (толщиной около 150 мкм). Поскольку поверхность пластин кремния после резки получается весьма неровная, то перед началом основных технологических операций пластины многократно шлифуют, а затем полируют. На такой пластине (подложке) одновременно формируют в едином технологическом цикле несколько сотен, а иногда и свыше тысячи совершенно однотипных микросхем. Затем пластина разрезается на отдельные кристаллы и осуществляется присоединение выводов и заключение каждого кристалла в корпус. Преимущественное использование кремния в полупроводниковых ИМС по сравнению с германием обусловлено возможностью расширения интервала рабочих температур (до +125°С) и получения на поверхности кремниевой пластины стойкой изолирующей пленки двуокиси кремния SiО2. Эта пленка (временно) служит защитным покрытием отдельных участков кристалла при проведении локальной диффузии примесей, такая же пленка предохраняет готовую схему от внешних воздействий и служит основанием для пленочных пассивных элементов и внутрисхемных соединений. Кроме того, кремний по сравнению с германием имеет меньшие обратные токи р-n переходов. При изготовлении полупроводниковых ИМС применяется эпитаксиально-планарная технология, основными процессами которой являются: эпитаксия — наращивание тонких слоев кремния с проводимостями различного типа (в данном случае наращивается слой с проводимостью, противоположной проводимости исходного кристалла), маскирование и фотолитография (получение различных рельефов с помощью масок), локальная диффузия донорных и акцепторных примесей (получение слоев n- и р-типов), напыление металлической пленки для создания электрических соединений.Эпитаксиальный слой осажденного кремния монокристалличен и имеет ту же кристаллическую ориентацию, что и подложка.Маскирование заключается в том, что на поверхности кремниевой подложки методом окисления вначале создается тонкий слой (порядка 1 мкм) двуокиси кремния SiO2). В местах, где нужно провести локальную диффузию примесей в эпитаксиальный слой кремния, слой SiO2 удаляется с его поверхности методом локального травления. Для вытравливания в оксидном слое (SiO2) отверстий (окон) той или иной формы с требуемой точностью используют метод фотолитографии.

Сущность однократного процесса фотолитографии заключается в следующем. На поверхность двуокиси кремния наносится равномерный слой фотоэмульсии, так называемого фоторезиста (ФР). Сверху на слой фоторезиста накладывается стеклянная маска с прозрачными и зачерненными участками — фотошаблон (ФШ). Сквозь эту маску засвечивают фоторезист ультрафиолетовым светом, как при обычной контактной фотопечати. После этого пластину с фоторезистом проявляют; в процессе проявления незасвеченные участки фоторезиста растворяются в проявителе, и в этих местах обнажается поверхность двуокиси кремния. Оставшийся (засвеченный) слой фоторезиста подвергают термическому дублению — полимеризации, в результате чего этот слой становится нечувствительным к химическим травителям, активно воздействующим на SiO2. Поэтому, когда на следующем этапе пластину подвергают травлению, растворяются лишь обнаженные участки двуокиси кремния вплоть до поверхности эпитаксиального слоя кремния. Тем самым в слое двуокиси кремния (оксидной маске) получается необходимая совокупность окон. Заключительным этапом фотолитографии является удаление задубленного слоя фоторезиста, после чего пластина с оксидной маской готова к последующим операциям (например, для проведения локальной диффузии). Затем операции повторяют с другим ФШ и т. д.

Обычно для изготовления полупроводниковой ИМС требуется комплект согласованных фотошаблонов (из 4-15 шт. и более), каждый из которых используется на соответствующем этапе технологического процесса для создания той или иной конфигурации оксидной маски. Например, через первую маску осуществляется диффузия для изоляции элементов друг от друга, через вторую маску — диффузия базового слоя (р-типа) транзисторов и диффузионных резисторов и т. д.

Локальная диффузия, т. е. внедрение примесей из газовой или твердой фазы при высокой температуре в эпитаксиальный слой кремния через оксидные маски, является основным способом создания транзисторных и других структур полупроводниковых ИМС. Преимущество этого метода в технологии изготовления полупроводниковых ИМС заключается в первую очередь в возможности сравнительно точного контроля параметров элементов. В течение технологического цикла изготовления элементов полупроводниковых ИМС диффузию примесей приходится проводить несколько раз. Глубина диффузии в зависимости от ее назначения может изменяться от нескольких микрон (эмиттерные и базовые области транзисторов) до 10-50 мкм (изоляция между отдельными элементами микросхемы). Диффузия примесей в глубину эпитаксиального слоя кремния происходит неравномерно, поэтому в процессе диффузии нельзя получить области с равномерным распределением примесей. Во время диффузии окно в оксидной маске, через которое она осуществляется, покрывается тонкой пленкой SiO2, так что перед началом очередного процесса диффузии поверхность пластины покрыта сплошной оксидной пленкой, в которой можно создавать методом фотолитографии окна новой конфигурации, необходимой для очередной диффузии.

Металлизация заключается в напылении в вакууме тонкой пленки алюминия на определенные области поверхности пластины для получения необходимых соединений между различными элементами микросхемы, а также для получения обкладок конденсаторов. Для этого с помощью фотолитографии вначале производят протравливание окон в двуокиси кремния в местах, где необходимо получить контакты к элементам ИМС. Затем на всю поверхность пластины напыляется пленка алюминия толщиной порядка 1 мкм и последующей фотолитографической операцией получают желаемый рисунок соединений.

С конструктивной точки зрения полупроводниковые ИМС, полученные по эпитаксиально-планарной технологии, характерны тем, что все рабочие слои элементов выходят на одну и ту же поверхность подложки и соответственно все выводы микросхемы расположены в одной плоскости.