Лабораторная работа № 8 изучение технологии изготовления мдп интегральных микросхем методическое руководство

ЭЗ «Протон»

г.Зеленоград

2002 г.

Содержание

Теоретические сведения	3
Технология изготовления КМДП структур с алюминиевыми затворами и изоляцией p-n переходами	7
Технология изготовления КМДП структур с поликремниевыми затворами и диэлектрической изоляцией	14
Описание изучаемых изделий	23
Лабораторное задание	30
Порядок выполнения работы	32
Требования к отчету	33
Контрольные вопросы	34
Рекомендуемая литература	36

Цель работы

1. Изучить технологический процесс (последовательность операций) изготовления интегральных микросхем на МДП транзисторах.

2. Изучить технологические операции изготовления МДП ИМС.

3. Ознакомиться с технологией КМДП ИМС на различных стадиях технологического процесса.

4. Ознакомиться с материалами, применяемыми при изготовлении МДП ИМС.

5. Произвести оптические измерения конструктивных параметров МДП структур.

Продолжительность работы — 4 часа.

Аппаратура и принадлежности

1. Микроскоп ММУ - 3.

2. Кассета 1 с набором из 2-х пластин ( образцов ) после различных операций технологического процесса КМДП ИМС для изделия 1

( ЭК587ИК1 ).

3. Кассета 2 с набором из 5-ти пластин ( образцов ) после различных операций технологического процесса КМДП ИМС для изделия 2

( КБ145ВИ3).

4. Фотоальбом всех образцов с комментариями ( 2 шт. на комплект лабораторных работ ).

Теоретические сведения

В настоящее время область применения МДП ИМС непрерывно расширяется. Этот процесс сопровождается разработкой и внедрением новых технологических операций и приемов при производстве МДП ИМС. Начнем с перечисления разновидностей МДП структур, применяемых в МДП ИМС.

МДП структуры могут создаваться на подложках (кремниевых пластинах) n – p – типа. По электропроводности канала различают: р - канальные МДП структуры, n - канальные МДП структуры. Комплементарные МДП структуры содержат одновременно n - канальные и р - канальные МДП транзисторы на одной кремниевой подложке (пластине). Сокращенно эти структуры называют р - МДП, n - МДП и КМДП соответственно, а технологические процессы их изготовления - р - МДП, n - МДП и КМДП процессы в подложках n – или p – типов.

По способу получения области канала различают: МДП структуры с индуцированным каналом, когда он наводится под областью затвора при напряжении на затворе больше порогового; МДП структуры с встроенным каналом, когда в тонком приповерхностном слое полупроводника канал создается легированием той же примесью, что сток и исток; диффузионные МДП структуры ( сокращенно ДМДП ), когда канал и исток создаются методом двойной диффузии в одну область пластины; объемные V - МДП структуры отличаются тем, что канал размещается не на поверхности пластины, а в ее объеме под областью стока. В свою очередь МДП структуры с индуцированным каналом разделяют на структуры с поверхностным каналом и структуры с углубленным каналом. В структурах с поверхностным каналом область канала МДП транзистора создается дополнительным легированием (подгонкой) примесью, совпадающей по типу проводимости с материалом подложки или типом проводимости кармана в подложке. В таких структурах подгонка приводит к повышению концентрации примеси и увеличению (по абсолютной величине) порогового напряжения транзистора в сравнении с концентрацией и пороговым напряжением МДП транзистора в подложке или в кармане в подложке. В структурах с углубленным каналом приповерхностная область канала легируется примесью, тип проводимости которой противоположен проводимости подложки или кармана в подложке. В результате в приповерхностной области канала образуется p-n переход, который полностью перекрывается областью обеднения, созданной поверхностным потенциалом затвора транзистора. В структурах с углубленным каналом подгонка приводит к уменьшению (по абсолютной величине) порогового напряжения транзистора в сравнении пороговым напряжением МДП транзистора в подложке или в кармане в подложке.

По материалу затвора различают:

• МДП структуры с алюминиевым затвором

• МДП структуры с молибденовым затвором

• МДП структуры с поликремниевым затвором

По способу изоляции элементов различают МДП структуры с обратно смещенным p-n переходом и МДП структуры с диэлектрической изоляцией.

По характеристическому размеру (норме проектирования) МДП структуры разделяют на структуры, выполненные с нормой проектирования, например, 5.0 мкм, 2.0 мкм, 1.2 мкм, 0,8 мкм, 0.6 мкм, 0.35 мкм, 0.25 мкм Как правило, характеристический размер совпадает с минимальной длиной канала МДП транзисторов.

МДП структуры разделяют по количеству проводящих слоев и их назначению. Например, в МДП процессе с двумя слоями поликремния в первом уровне поликристаллического кремния могут выполняться нижние обкладки конденсатора, а во втором – затворы транзисторов и верхние обкладки конденсатора. Для разводки и коммутации МДП структур могут использоваться один, два, три, пять или шесть слоев металла.

МДП структуры разделяют также по величине рабочего напряжения – на структуры с напряжением 40 V, 25V, 15V, 9V, 5V, 3V, 1.5 V .

Название технологии изготовления МДП структур включает:

• тип МДП структуры – n-МДП, p-МДП, КМДП;

• уровень проектных норм (характеристический размер);

• тип проводимости материала подложки, для КМДП структур - тип проводимости кармана в подожке;

• материал затвора;

• количество и материал слоев коммутации и разводки;

• рабочее напряжение МДП структур.

• вид изоляции элементов.

В данной лабораторной работе будут рассмотрены две технологии изготовления:

1) 5.0 мкм КМДП с p-карманом, с алюминиевыми затворами и изоляцией обратно смещенным p-n переходом на кремниевой подложке n – типа, рабочее напряжение 9 V, маршрутная карта которой приведена в таблице 1.

Краткая характеристика процесса:

• КМДП процесс;

• Характеристический размер 5.0 мкм;

• Подложка n-типа с p-карманом;

• Алюминиевый затвор;

• Изоляция активных элементов обратно смещенным

p-n переходом;

• Затворный диэлектрик – окись кремния толщиной 800 Å;

• n-МДП транзистор с поверхностным каналом, p-МДП транзистор с углубленным каналом;

• Межслойная изоляция металл/ подложка, металл/n+, металл/p+ -окись кремния;

• Коммутация и разводка – один уровень металла из слоя алюминия;

• Пассивация слоем ФСС (фосфоро – силикатное стекло);

• Рабочее напряжение 9 V.

2) КМДП с поликремниевыми затворами и диэлектрической изоляцией на кремниевой подложке p – типа, маршрутная карта которой сведена в таблице 2.

Краткая характеристика процесса:

• КМДП процесс;

• Характеристический размер 1.5 мкм;

• Подложка p-типа с n-карманом;

• Затвор из поликристаллического кремния;

• Изоляция активных элементов LOCOS;

• Затворный диэлектрик – окись кремния толщиной 300 Å;

• n-МДП транзистор с поверхностным каналом, p-МДП транзистор с углубленным каналом;

• Межслойная изоляция металл/ подложка, металл/n+, металл/p+ -окись кремния и ФСС;

• Коммутация и разводка – один уровень поликремния, один уровень металла из слоя алюминия с кремнием;

• Пассивация слоем оксинитрида кремния;

• Рабочее напряжение 3 V.