3.2.3. Технология двойной диффузии (дмдп - технология)

ДМДП – технология, применяемая при изготовлении МДП-ИМС, называемых в этом случае Д-МДП-ИМС, радикально увеличивает их быстродействие. Этот процесс разработан специально для формирования СВЧ МДП – транзисторов с длиной канала менее 1 мкм. Поэтому при использовании обычных технологических методов необходимы металлизированные электроды затворов примерно такого же размера. Но для изготовления приборов со столь малой длиной затвора нужно применять прецизионные методы фотолитографической обработки. Более того, высокое быстродействие требует также точного проведения операций легирования и диффузии.

Частотный предел или быстродействие любого МДП - транзистора обусловлены в первую очередь длиной канала и паразитной емкостью и увеличиваются при их уменьшении. Область канала создается последовательной диффузией двух легирующих примесей разного типа проводимости под край одного отверстия в маскирующей пленке оксида, вытравленного над областью истока. Как только край этого отверстия создан, величина становится функцией только режимов диффузии. Поскольку граница одной диффузионной области повторяет границу другой, величина зависит от тех же факторов, что и толщина базовой области в биполярном транзисторе.

В типовой технологии ИМС длина канала также определяется диффузией в боковом направлении. Но при этом получение коротких каналов приводит к возникновению большой паразитной емкости вследствие перекрытия областей. В Д-МДП-ИМС эта емкость может быть доведена до минимума, поскольку она создается только на истоковой стороне МДП - структуры, а также потому, что в Д-МДП-ИМС примеси проникают в боковом направлении на значительно меньшее расстояние, даже если формируются структуры с очень короткими каналами.

При обычной МДП - технологии качество шаблонов, колебания режимов экспозиции и травления могут сильно влиять на длину канала, изменяя ее на величину до 1 мкм. Поэтому обычные МДП-ИМС имеют длину канала 3...5 мкм и не могут конкурировать по быстродействию с биполярными структурами.

Технология двойной диффузии позволяет получать каналы длиной 2...0,4 мкм даже при сравнительно не строго контролируемых диффузионных режимах. При этом величина точно регулируется в пределах менее 1 мкм.

Технологическая схема изготовления Д-МДП - структур показана на рис. 3.22.

Вначале на подложке из исходного материала с проводимостью, например, n-типа выращивают пленку оксида (рис. 3.22, а). Затем в ней вытравливают окна и проводят диффузию акцепторных примесей на глубину 0,5...3 мкм с целью создания канала (рис. 3.22, б). Основная часть диффузионного процесса осуществляется в инертной атмосфере (в азоте или аргоне).

Далее после еще одной фотолитографии проводится вторая диффузия примеси n-типа под области истока (в кармане p-типа проводимости) и стока. При этом одновременно создается канал p-типа проводимости (рис. 3.22, в, г). Поэтому этот процесс и называется технологией производства МДП – транзисторов методом двойной диффузии. Дальнейшие операции процесса сходны с обычными операциями создания МДП - микросхем: формирование подзатворного диэлектрика, контактных окон, напыление алюминия, формирование металлической разводки, защита кристалла, сборка и монтаж, герметизация (рис.3.22, д-ж). В принципе аналогичным методом в подложке p-типа могут быть сформированы n-канальные МДП - транзисторы. Этот технологический вариант пригоден также для изготовления интегральных микросхем с биполярными и МДП - транзисторами на одном кристалле. Кроме того, возможности подобной технологии позволяют на одном кристалле формировать два типа МДП - транзисторов: ДМДП - транзисторы, работающие с обогащением канала, и обычные МДП - транзисторы, работающие с обеднением. На основе этой технологии можно формировать структуры в эпитаксиальных слоях кремния на диэлектрических подложках.

Рис. 3.22. Последовательность технологических операций производства интегральных микросхем на МДП транзисторах методом двойной диффузии: а - исходная кремниевая пластина n-типа проводимости с нанесенным термическим окислом; б - структура после операций фотолитографии и локальной диффузии акцепторной примеси; в - вскрытие окон под локальную диффузию примеси n-типа; г - диффузия для формирования областей истока и стока; д - фотолитография для вскрытия окон в окисле над областью затвора; е - нанесение методом термического окисления в сухом кислороде тонкого подзатворного диэлектрика; ж - фотолитография для вскрытия окон под контакты к областям истока и стока, напыление алюминиевой пленки и фотолитография по алюминию для создания разводки

Высокоомная часть прибора может иметь проводимость n- и p-типа. Для обеспечения самосовмещения применяются ионное легирование, кремниевые затворы или структуры металл - нитрид - оксид - полупроводник.

ДМДП – технология позволяет создавать логические устройства высокого быстродействия.