4.2. Технология изготовления биполярно-полевых структур
4.2.1. Технология биполярно-полевых имс
с МДП - транзисторами (БИ-МДП - технология)
Варианты маршрутов производства биполярно-полевых микросхем весьма многочисленны, все их разновидности получили общее название комбинированной (т. е. биполярной и полевой) технологии. Наиболее распространена и освоена в производстве, экономична и надежна планарно-эпитаксиальная технология для формирования полупроводниковых структур с изоляцией p-n переходами в сочетании с МДП - технологией для формирования тонкого подзатворного окисла и пленочной разводки (рис. 4.14).
Рис. 4.14. Структуры биполярных, МДП и КМДП полупроводниковых приборов, сформированные по комбинированной технологии
Эта технология позволяет размещать на одном кристалле биполярные n-p-n-транзисторы в комбинации с Д-МДП-, p-канальными и n-канальными МДП – транзисторами и изготавливать в одном кристалле схемы: логические КМДП управления и контроля, а также высоковольтные интерфейсные. Подобная технология может быть реализована на структурах с диэлектрической изоляцией элементов. Поскольку стоимость пластин составляет обычно значительную долю общей стоимости микросхем, биполярно-полевые микросхемы с диэлектрической изоляцией элементов оказываются дороже их аналогов с изоляцией p-n переходами, так как подложки с диэлектрической изоляцией монокристаллических островков кремния стоят дороже, а из-за дефектов кристаллической структуры монокристаллического кремния выход годных микросхем на таких подложках значительно ниже, чем в других вариантах планарно-эпитаксиальной технологии. Преимуществом структур с диэлектрической изоляцией элементов является возможность создания схем со сравнительно высокими рабочими напряжениями (до 130...450 В).
4.2.2. Технология биполярно-полевых имс с птуп
Характерной особенностью перспективных биполярно-полевых ИМС ИПЛ является возможность формирования элементов этих схем в подложке монокристаллического кремния без применения эпитаксиальных структур. Это обещает перспективу создания малооперационной технологии с высоким процентом выхода годных. Схема технологического маршрута и видоизменения подложки в процессе изготовления представлены на рис. 4.15. Технологический маршрут производства ИС интегральной инжекционной логики во многом сходен с рассматриваемым маршрутом изготовления микросхем на элементах ИПЛ.
Для изготовления микросхем на элементах ИПЛ на безэпитаксиальной подложке достаточно четырех операций фотолитографии. Первая используется для вскрытия окон в слое SiO2 для диффузии областей затвора и инжектора. Вторая - для вскрытия окон под диффузию областей истока и стока. Третья используется для вскрытия окон, и четвертая фотолитография - для формирования рисунка разводки.
Для формирования активной структуры на элементах ИПЛ необходимо провести две операции легирования: примесью p-типа проводимости (например, B, BF2) для формирования областей затвора и инжектора и затем примесью n-типа проводимости для формирования областей истока, стока и проводящих шин n+-типа.
В качестве материалов разводки могут применяться алюминий, легированный поликремний, силициды тугоплавких металлов. Применение последних предпочтительнее, так как они более подходят для структур микросхем с мелкозалегающими слоями и имеют высокую удельную проводимость.
Быстродействие микросхем ИПЛ - логики, изготовленных по описанному выше маршруту, ограничивается в первую очередь длиной канала нормально закрытого полевого транзистора, которая в свою очередь определяется минимальным проектным топологическим размером. Минимальный проектный топологический размер, как и во многих других случаях полупроводниковой технологии, определяется разрешающей способностью фотолитографии и боковой диффузией при термообработке ионно-легированных областей. Пропорциональное уменьшение всех размеров, горизонтальных и вертикальных, переход к субмикронным размерам позволяет резко поднять быстродействие схем ИПЛ.
Рис. 4.15. Последовательность основных технологических операций микросхем инжекционно-полевой логики: а - полупроводниковая структура на безэпитаксиальной подложке после операций механической и химической обработок, компрессионного окисления, фотолитографии областей затвора и инжектора, ионного легирования бором и перераспределения примеси путем термического отжига; б - фотолитография областей истока, стока, n+-шин, ионное легирование фосфором и отжиг в окислительной атмосфере: в - вскрытие контактных окон, создание коммутации; 1 - окисел кремния; 2 - подложка n--типа; 3 – металлизация; 4 - защитный диэлектрик