Қосарлы технология.

Шалаөткізгіш ИМС-те резисторлар мен конденсаторларды қалпына келтіру дәлдігін жоғарылату және номиналды кеңейту үшін,және олардың жұмыс сипаттамасын жақсарту үшін арнайы технология шығарылған,ол шалаөткізгіш және пленкалы технологияға сай негізделген.Мұндай біріктірілген технологияны қосарлы деп атайды.Қосарлы технология бойынша шалаөткізгіш ИМС-ты қалыптастыру 3.23-суретте көрсетілген.

Бірінші группада планарлы-эпитаксиалды технология процесі жатады,оның көмегімен шалаөткізгіш пластинаның көлемінде ИМС-тың активті элементін дайындайды(3.23,а-сурет).Үшінші группада пленкалы технологияның процестері жатады,ол пассивті элементтерді-пленкалы резисторларды(3,23,б-сурет), конденсаторларды(3,23,в,г-сурет) алу үшін қолданылады.

Қосарлы ИМС-ты қолданудың технологиялық процесінің анализі мынаны көрсетеді:ол кәдімгі планарлы-эпитаксиалды немесе EPIC технологиямен салытырғанда жұқапленкалы элементтерді қалыптастыру үшін қажетті қосымша этаптардан тұрады.Ьұл этаптар технологиялық циклдың жалғастыруын көбейтудан басқа өндірісті қымбаттатады және өндірушілікті азайтады.Бірақосы технология бойынша алынған қосарлы ИМС-тер шалаөткізгіштік және гибридті ИМС тің сиакты артықшылықтарға ие.

Изопларлы технология.

Шалаөткізгіш ИМС-ты дайындаудың изопланрлы процесінің артықшылығы бүйір структурасы изоляциясы үшін SiO₂ қабатын қолдану болып табылады.Мұндай процестің реализациясы ИМС структураны қалыптастырудың бірінші стадиясында маскирование кезінде қолдануға негізделген.

3.23-Сурет.Қосарлы технология бойынша шалаөткізгіш ИМС-терді қалыптастыру.

Кремний нитриді кремнийдің SiO2 ге айналуна тосқауыл жасайды.Сомен бірге кремний нитриді фосфорлы қышқыл негізінде травительмен оңай кетеді.Изопланарлы технология жұқа базалы облысты және окисті бүйір стенкалары бар үлкен емес коллекторлы облыстарды құруға мүмкіндік береді және сомен біргеаз өлшемдегі және жоғары тезәрекеттіліктегі транзисторлы структураны алуды қамтамасыз етеді.

Изопланарлы технология бойынша шалаөткізгіш ИМС-ты қалыптастыру 3.24-суретте көрсетілген.ИМС-ты дайындау p-типті кремнийлі пластинада жасырын n+ қабатты қалыптастырудан басталады.Одан кейін пластинаның барлық бетіне жұқа эпитаксиалды n немесе p қабатты өсіреді.(3.24,а-сурет).Эпитаксиалды базасы бар транзисторлы структураны дайындағанда p-қабатты эпитаксиалды өсіру қолданылады.ал диффузионды базамен n-қабат.

3.24-Сурет.Изопланарлы технология бойынша шалаөткізгіш ИМС-ты қалыптастыру.

Осыдан кейін пластинаның бетіне кремний нитридін енгізеді,одан транзисторлар және резисторларды құру үшін қорғайтын маска қалыптасады.Нитридтен қорғалмаған облыс ұлкен тереңдікте травлениеге ұшыратады,ол пластинаның бетінде қалың изоляцияланған қышқылдың сатысының биіктігін азайтуға мүмкіндік береді.(3.24,б-сурет).Ары қарай төментемпературалы ұзақ қышқылдану жүргізеді,нәтижесінде кремнийдің терең травление облысында изоляциялайтын қышқылмен толтырылады,ал кремний нитридімен жабылған аймақтар қышқылданбаған болып қалады.(3.24,в-сурет).Осыдан кейін қышқылмен изоляцияланған кремний облысы қалыптасады.(3.24,г-сурет).

Шалаөткізгіш ИМС-ты дайындауда изопланарлы процесті қолдану ИМС-тың функционалды мүмкіндігін кеңейтеді.Изопланарлы технология бойынша дайындалған ИМС-те элементтерді орналастырудың ең жоғары тығыздығына қол жеткізілед,транзисторлардың өлшемі планарлы-эпитаксиалдыға қарағанда екі есе азаяды,изоляцияланған облыста ауданы азаяды.Сонымен қатар изопланарлы технология бойынша ИМС структурасын қалыптастыруда бүйір бағытта диффузия шектеледі және фотолитография кезінде пластинамен өзара фотошаблондарды бірге істеу қамтамасыз етіледі.Изопланарлы процесс перспективті және тез әрекет ететін шалаөткізгіш ИМС-терді дайындауда тиімді болып табылады.Бұл технология шалаөткізгіш ИМС-терді биполярлы,МДП-транзисторлардағыдай сиақты дайындау үшін қолданылады,және бір пластинада схеманы біріктіре дайындау үшін.

Айтылғандармен қатар шалаөткізгіш ИМС-терді дайындаудың көптеген технологиялық процесстер шығарылған.

3.5 таблицада технологиялық түрдебиполярлы транзисторларда шалаөткізгіш ИМС-ты дайындаудың әр түрлі процесстерін салыстыру берілген.

Бұл таблица бойынша негізгі процесстер саны мынаны көрсетеді:изопланарлы процесс планарлы-эпитаксиалдыға қарағанда қарапайым,алайда ол терең қышқылданумен байланысты.Бірақ изопланарлы процесс ИМС-ты алуды өте перспективный,жарамдылық шығуының проценті жоғары,функционалды күрделілігі әр түрлі және элементтерді орналастыру тығыздығы жоғары.

Ионды легірлеуге негізделген технология қазіргі уақытта биполярлы транзисторларда СВЧ диапазон үшін шалаөткізгіш ИМС-терді дайындау үшін көп қолданылады.

3.5-таблица

Шалаөткізгіш ИМС-ты дайындау процесінің салыстыру сипаттамасы.

Осыдан кейін ИМС-тың структуралық облысын дайындау үшін ионды легирлеуді немесе диффузиямен байланысты ионды легирлеуді қолданады.Мұндай процестегі ионды легирлеу базалық және эмиттерлік облыстарды қалыптастыру үшін қызмет етеді.Соңғы жағдайда эмиттерлі облыстар диффузиямен қалыптасады,бірақта эмиттерлі диффузияны базаны қалыптастырудан бұрын жүргізеді.Резистор ретінде қолданылатын базалық облыстар ионды легірлеумен қалыптастырады,кремниййге иондарды енгізу алдын-ала құрылған термиялық қышқыл SiО₂ арқылы жүргізеді.Кейбір кезде ионды легірлеуді қоспаның берілген санының загонкасы үшін қолданады,ал разгонканы диффузиямен жүзеге асырады.Қалған операцияларды қарапайым планарлы технологиямен жүргізеді.

Ионды легірлеу әдісін МДП-ИМС дайындау технологиясында көп қолданады.

3.8. МДШ - ИМС дайындау технологиясы

МДШ - ИМС дайындау технологиясына МДШ - транзисторындағы ИМС - ның өзінің келісілген құрылымы мен структурасының ерекшеліктер қатары сипатталған. Бұл ерекшеліктер қатарының негізгісі келесіде көрсетілген:

дайындау процесі МДШ - транзисторларын қалыптастыруға және олардың арасындағы байланысқа әкеледі. МДШ - транзисторлары тек транзистор ретінде ғана емес, резистор және конденсатор ретінде,сонымен қатар іс жүзінде барлық схемалық функциялар МДШ - структурасында жүзеге асады;

технологиялық процесстерде структураларды оқшаулауға керекті операциялар болмайды, МДШ - ИМС - да оның керегі болмайды;

ішкісхемалы байланыс тек алюминдік металлдық пленкалардың ғана емес, сонымен қатар кремний мен бекітпе материялының (молибденнің, жартыкриссталды кремнийдің) жоғарылегірленген диффузиялық қабаттарының көмегімен де орындалады. Осы жол арқылы көпқабатты разводкалардың мәселесі оңай шешіледі;

бірін - бірі толықтыратын структураларда үлкен функционалды мүмкіншіліктері бар МДШ - ИМС дайындауға мүмкіндік беретін, салыстырмалы түрде әртүрлі типті электроөткізгішті арналары бар МДШ - транзисторларының бір кристалында оңай құруға болады;

жеке технологиялық операциялар, әсіресе фотолитография кезінде фотошаблондарды қиыстыру, диффузия, тотығу және т.б., олардың прецизионды оырндалуын талап етеді. Себебі, МДШ - транзисторлардың шамасы биполяр транзисторларға қарағанда едәуір кіші болады.

МДШ - транзисторындағы ИМС - ны микроэлектроникада кең таралған планарлы технология бойынша дайындайды.

МДШ - транзисторындағы шалаөткізгішті ИМС - ны дайындау технологиясы биполярлы микросхемаларды дайындау технологиясына қарағанда жеңіл болады. Осылай, МДШ - ИМС дайындау кезіндегі негізгі операциялар саны биполярлы микросхемаларды дайындаумен салыстырғанда шамамен 30 % - ға аз (табл. 3.6). Дегенмен, көбінесе жарамды микросхемалардың шығысының пайызына әсер ететін жоғарытемпературалы процесстердің саны шұғыл қысқартылады.

Таблица 3.6

Негізгі процесстердің саны бойынша ИМС - ның салыстырмалы сипаттамасы

Процесстер	Негізгі процесстер саны
	МДШ - ИМС үшін	Биполярлы ИМС үшін
Жоғарытемпературалы Диффузия Фотолитография	2 1 4	10(8) 4(3) 6(5)

МДШ - ИМС - ны ең жауапты дайындау кезеңі - жоғары электрлі төзімділік ( Е 10⁶ В/см), минималды көлем мен қабаттағы зарядтардың тұрақтылығы және т.б. секілді ерекше талаптар ұсынылатын бекітпедегі диэлектрлі қабат. Қазіргі уақытта МДШ - транзисторындағы кремнийлі ИМС - дегі затворды оқшаулау SiO₂ кремнийдің қос қышқылы немесе кремний нитридінің қос қышқылы арқылы жүзеге асады. Структураларына тәуелділігі келесі МДШ - ИМС дайындаудың технологиялық прцесстері ажыратады:

бір типті электрөткізгішті транзисторларда;

бір бірін толықтыратын типті электрөткізгішті (толықтырмалы МДШ - ИМС) транзисторларда.

Жиі кездесетін МДШ - транзисторларындағы электрөткізгіштің р - типті индукцияланған каналды ИМС - да және толықтырылған МДШ - транзисторларында (бір бірін толықтыратын типті электрөткізгішті) дайындау кезектілігін қарастырамыз.

МДШ - ИМС принципиалды электрлі схемаға сәйкес өз араларында біріктірілген МДШ - транзисторларында жүзеге асатын болғандықтан, ішкісхемалы байланыс пен транзисторлардың өзін дайындау технологияларын қарастырумен шектелеміз.

3.25 - сурет. р - типті каналы бар транзисторлардағы МДШ - ИМС құру реттілігі

р - типті каналы бар транзистордағы МДШ - ИМС құрылу реттілігі 3.25 - суретте көрсетілген. Бастапқы материал ретінде меншікті кедергісі 2,5-10 Ом∙см болатын п - типті кремнийлі пластиналар қолданылады. Мұндай пластиналарды дайындау шегінен кейін қызулы қышқылдану бүркемелі қабат SiO₂ тудырады. Содан соң, бордың екісатылы диффузиясын өткізеді, сонымен 1 - 2 мкм тереңдіктің сток және истоктың жоғарылегірленген аймағын тудырады (3.25 - сурет, б). Кейін, жіңішке тотығу астындағы терезе фотолитографиясын және кремний үстін мұқият тазалықтан өткізеді. Құрғақ оттегі бар қызу қышқылы арқылы 0,1 мкм қалыңдықты болашақ затвор астында қышқыл тудырады. Сонан соң, аллюминий металдандыру мен контакт астындағы терезе ашу, биполярлы транзисторда ИМС жасау кезінде үйлесімді металдандыру секілді фотолитография өткізіледі (3.25 - сурет, г, д).

Мұндай технология арқылы п - типті электрөткізгіші бар транзисторларда МДШ - ИМС дайындалу әбден мүмкін, айырмашылығы, бастапқы пластина ретінде р - типті кремний қолданылады, ал бастау (исток) мен ағын (сток) аймағын құру фосфор диффузиясы арқылы жүзеге асады.

КМДШ - ИМС дайындау үшін бір кристаллда р және п - типті электрөткізгіші бар екі монокристаллды кремний тудыру керек. Оның мынада шарттары болады:

р - және п- типтердің аймақтар арасындағы тәуір электр оқшаулауы;

әр аймақтың оптималды үлесті кедергісі;

стандартты планарлы технологияның әр аймаққа жарамдылығы;

байланыс арасындағы сенімділігі.

р - және п - типті электрөткізгішті каналы бар МДШ - транзисторындағы ИМС - ны жасаудың мүмкін үш технологиялық әдісі бар: п - типті кремнийде р - типті "қалтаны" (карман) тудыру, немесе керісінше, таңдамалы диффузияның көмегімен; п - типті кремнийде р - типті "қалтаны" (карман) тудыру, немесе керісінше, эпитаксия көмегімен; электрөткізгіштің әртүрлі типті пластиналарда дайындалған МДШ - транзисторлардың өз араларындағы байланыс. Бұлардың ішіндегі ең қарапайымы бірінші әдіс, себебі, екінші әдіс күрделі "рельефті эпитаксия" - ны қолдануды талап етеді, ал, үшінші әдіс құрастырудың арнайы әдісін талап етеді.

3.26 - суретте КМДШ - ИМС жасалуының жүйелілігі келтірілген. Алғашында п - типті кремнийдің бастапқы пластиналары бастапқы тотығуға әкеледі, кейін "қалта" фотолитографисы мен "қалта" - ның керекті қалыңдықтағы екісатылы диффузясын орындайды (3.26 - сурет, а). Бұл фотолитография мен диффузиядан соң п - және р - типті кремнийдегі ағын (сток) және бастау (исток) аймақтарын кезекпен қалыптастырады (3.26 - сурет, б, в). Сонан соң, барлық пластиналар бойынша жіңішке тотығу астында фотолитографияны (3.26 - сурет, г), тотығудың жіңішке қабаттын жетілдіруді (3.26 - сурет, д), SiO₂ қабатындағы контактты терезелерін және металлдандыруды (3.26 - сурет, е) өткізеді.

3.26 - сурет. КМДШ - ИМС құрылуының реттілігі

Дегенмен, МДШ - ИМС дайындау процесінде ИМС сапасына және оның параметрлерінің тұрақтылығына айтылатын және келесіде көрсетілген қиындықтар туындайды.

1. Айтулы оттекті бос орындармен, сілтілік металлдар мен сутектер иондарымен, теріс зарядтар мен тиімді затвордың астындағы қышқылда бары - зарядтар дрейфінің электрлі өрісінің құрылымына қосылуы бар МДШ - транзисторының параметрлерінің тұрақты емес болуына әкеледі.

2. Ажыраудың металлдандыру шинасындағы потенциалдардың белгілі бір мағынасында, ажырату шинасының астында орналасқан, демек мұндай диффузиялық аймақтар арасындағы таралу, тотығу астындағы өткізгіш каналдарын қалыптастыруға әкелетін, паразитті МДШ - транзисторларын қалыптастыру мүмкін. Бұдан басқа, МДШ - ИМС үшін затвор металлының немесе подложкадағы ажыраудың қысқа тұйықталу, әсіресе, жоғарылегірленген бастау мен ағын аймағы қауіпті болып саналады.

3. МДШ - ИМС дайындауда бастау мен ағу аймақтарымен затворды қиыстыру елеулі мәселелердің бірі болып табылады. Каналдың металлды затвор жабынының болмауы МДШ - транзисторының жұмысқа жарамсыздығына әкеледі, ал тым үлкен жабын (диффузиялық аймақтың астында орналасқан металл затвор) - затвордың үлкен сыйымдылығына әкеледі, ол ИМС - ның тез әрекет етуін төмендетеді.

Бұл қиындықтар мен мәселелерден арылу үшін арнайы технологиялық амалдар жетілдірілген. МДШ - транзисторындағы ИМС параметрлерінің тұрақтылығы кезінде затвор астындағы қышқыл жасау алдында кремний бетін жөндеудің арнайы тәсілдері қолданылады, затвор астындағы қышқыл бетіне фосфорсиликатты шыны қаптайды, сонымен қатар, қалпына келтіруші ортада микросхемаларды төментемпературалы босаңдату өндіріледі. Бұл кезде, қышқылдандыру процессінің температурасына жақын болатын, температура кезінде шамалап тазартылған күй және қатал бақыланатын мөлшерлеулі мөлшерде қышқылдандыратын зат (оттек) беруді қажет ететін қышқыл жасау тәртібі де маңызды болып табылады. Металлдандыру разводкасы шинасының зиянды МДШ - транзисторларын болдырмау үшін, алғашқы тотығу кезінде алынатын, үлкен қалыңдыққа (1,5 мкм) қатысты қышқыл бойынша орындалады. Канал аймағы бар затвордың анық қиысуы үшін негізгісінде өзіндік қиылысатын затворы бар МДШ - транзисторларын дайындау технологияларын қолданады, мысалы, поликристаллды кремний және молибден. Қалың қышқылдануы бар МДШ - ИМС дайындау процессін МТОШ - технологиясы (металл - қалың қышқыл - шалаөткізгіш) деп атайды. Оның болмысы бастапқыда пластина бетінде, фотолитография көмегімен канал, бастау мен ағудың жалпы аймағынан терезелерді өшіретін қалың қабат SiO₂ жетілдіріледі. Содан кейін, пластинаны қайтадан қызу қышқылға душар етеді, нәтижесінде, бастау мен ағу астында терезе қалыптастырылатын жасырмалы қышқыл құрастырылады. Кейін, ИМС құрылымын қалыптастыруға арналған қарапайым операциялар өткізіледі.

Тиянақталған (фиксированный) затворы бар транзисторларда МДШ - ИМС дайындау технологиясы мынаған негізделген: қалың қышқыл мен терезелерді ашуда активті аймақтарда қалың қышқыл затвор астында жетілдіріледі, керекті өлшемдер мен конфигурациялар затворын құрастырады, кейін ағу мен бастау аймақтарын құрастырады. Затвор материалы бүркемелеуге қолданылады, және сонымен қатар затвор өзіндік қиылысу (самосовмещенный) процессі жүзеге асырылады.

Тиянақталған затворы бар МДШ - ИМС жасауда екі бағыт болады: кремнийден немесе молибденнен жасалған затвор қолданатын диффузия және металлды затвор қолдану арқылы ионды легірлену.

Сөйтіп, замануй МДШ - ИМС дайындау технологиясы тиянақталған затворлар мен қалың қышқыл алуға негізделген. МДШ - ИМС дайындауда типті технологиялық процесстердің кең таралған түрі мыналар: өзіндік қиылысқан қалыңқышқылды (толстоокисный), изопланарлы, ионды легірлену қолданылған өзіндік қиылысу.

Изопланарлы технология өз алдына бөлек қызуғышылық тудырады. Бұл технологияның ерекшелігі SiO₂ қышқыл қабатты МДШ - құрылымының изоляциясы және оқшауланған аймақтардағы кремнийлі затворы бар МДШ - транзисторларын құруда қалыңқышқылды өзіндік қиылысқан технологиялар қолдану болып табылады. Мұндай технология кезінде МДШ - ИМС - ның барлық активті аймақтары - бастау аймағы, ағу аймағы, каналдар және диффузионды байланыстар кремнийдің қышқыл қабатымен қапталған мезааймақтарда (мезаобласть) құрылады (3.27 - сурет, а, б).

3.27 - сурет. Изопланарлы технология бойынша МДШ - ИМС құру жүйелілігі

Сонымен қатар, активті мезааймақтар қышқыл қабатына қоршалған, кремний нитридінің қабатынан тұратын қос диэлектрлі қабатпен қаптайды. Мұндай қос қабат мезааймақтарды локальды р⁺ - аймақтар құрылуы кезіндегі кейінгі терең емес диффузиядан және қалың қышқылды ауыздықталған жетілдіруден (локализованный выращивание) қорғайды (3.27 - сурет, в). Соған орай, бұл қабат - затворы бар ағу мен бастаудың диффузиялық аймақтарының өзіндік қиылысуына қол жеткізеді. Мұндай МДШ- ИМС - да металлдандырылған байланыс қалың қышқылда құрылады (3.27 - сурет,г).

Изопланарлы технология элементтерді орналастыруда жоғары тығыздықты және жақсартылған электрлік сипаттамасы бар МДШ - ИМС дайындауға мүмкіндік береді. Мұндай МДШ - ИМС биполяр транзисторлардағы ИМС - мен бірігіп оңай дайындалады.

МДШ - ИМС технологиясында ионды легірлену екі мақсатта қолданылады:

1) диффузиялы аймақтары бар затвордың өзіндік қиылысуына; 2) төменгі деңгейлі кернеулі тәртіпте жұмыс жасайтын МДШ - транзисторларын алуға. Алғашқы жағдайда, МДШ - ИМС дайындау үшін құрамдастырылған диффузионды технология қолданады. Бұл технологияға сәйкес, құрылымды құраудың негізгі этаптары қарапайым технология бойынша жүзеге асады; сонымен қатар бастау мен ағу аймағында қышқылды жетілдіруге дейінгі диффузионды тәсілдер тудырады. Ионды легірлену ИМС дайындаудың соңғы сатысында қолданады, яғни бастау жағына ығысқан, ағу аймағы мен затвор металлының араларындағы "кіріктірме" (встроенный) канал құрастырылған кезде; сонымен қатар затвордың өзіндік қиылысуына жетеді. Екінші жағдайда, МДШ - құрылымы құрастырылған кезде ионды легірленуді ИМС - ны дайындаудың соңғы этабына қолданады, мысалы, қалыңқышқылды технология бойынша. Сонымен қатар, құрылымның бір бөлігі ионды легірленуге ұшырайды. Бұл жүктемелік элемент ретінде қызмет ететін біріктіру тәртібінде жұмыс жасаушы транзисторларды құруға мүмкіндік береді. Осылай ИМС - ның схемалы параметрлерінің жақсаруына қол жеткізеді.