2.4. Диффузия примесей
Через окна в маске осуществляется диффузия примесей в полупроводник в необходимых местах. Для этого кремниевые пластины с будущими ИС помещают в так называемую диффузионную печь. В ней создается атмосфера, содержащая донорную или акцепторную примесь в газообразном состоянии при высокой температуре. Примесь проникает через окна в полупроводник и превращает его в полупроводник n- или p- типа. Концентрация примеси в полупроводнике тем больше, чем больше температура и время такой обработки.
Вероятность проникновения атомов примеси вглубь полупроводника уменьшается с увеличением расстояния от поверхности. Существенным недостатком операции диффузии является формирование неоднородных слоёв с убывающей с глубиной концентрацией примеси.
2.5. Эпитаксия
Однородные слои примесного полупроводника, в которых концентрация примеси одинакова по всей толщине примесного слоя, позволяет получить операция «эпитаксия». Эпитаксия использует способность кристаллов расти, когда они захватывают, присоединяют к себе атомы такого же вещества из окружающей среды. Для этого кремниевую подложку помещают в атмосферу, содержащую газообразный атомарный кремний. Атомы кремния оседают на поверхности подложки в строгом порядке, повторяющем кристаллическую структуру подложки. Если в атмосферу газообразного кремния добавлена газообразная донорная или акцепторная примесь, наращенный слой будет полупроводником n- или p- типа. При неизменности условий эпитаксии будет неизменной и концентрация примеси во всем эпитаксиальном слое. Толщина эпитаксиального слоя, как и в случае диффузии примесей, тем больше, чем больше температура и время обработки подложки.
2.6. Напыление
При изготовлении ИС применяется также операция напыления самых различных веществ – металлов, диэлектриков, полупроводников. Для этого напыляемое вещество нагревается в вакууме до температуры испарения. Пары вещества, оседая на всех холодных поверхностях, например, на подложке, конденсируются, т.е. возвращаются в твёрдое состояние. Толщина напыленного слоя зависит, прежде всего, от длительности такой операции. С помощью напыления, в частности, создаются металлические плёнки, образующие контакты металл-полупроводник и проводники между элементами.
3. Элементы интегральных схем
3.1. Интегральный мдп-транзистор
В настоящее время в ИС биполярные транзисторы практически полностью вытеснены МДП-транзисторами. Это связано с намного меньшей занимаемой ими площадью на подложке и исключительной простотой устройства. Малая площадь обеспечивает высокую степень интеграции, а простота конструкции – простоту изготовления. Чаще всего в ИС применяются МДП-транзисторы с индуцированным каналами n- и р-типа. На рис. 8 изображён фрагмент подложки ИС с n-канальным МДП транзистором (интегральный МДП-транзистор).
Рис. 8
Для изготовления такого транзистора понадобится подложка из кремния р-типа (р-Si). После создания диэлектрического защитного слоя из двуокиси кремния (SiO2) необходимо будет осуществить первую фотолитографию для вскрытия окон над будущими истоком и стоком. Диффузия донорной примеси создаст под окнами островки n+- типа. Затем будет выполнено напыление сплошного металлического слоя. На него будет нанесён фоторезист для второй фотолитографии. Удаление незасвеченного фоторезиста обнажит «лишний» металл, где его можно будет удалить травлением кислотой. Особым растворителем удаляется засвеченный фоторезист, после чего изготовление транзистора и соединительных проводников будет завершено.
Технология изготовления интегрального МДП-транзистора представлена здесь несколько упрощённо. Тем не менее, простота изготовления очевидна. Уже только то, что для изготовления интегрального БТ понадобится до 5 – 6 фотолитографий, делает применение БТ в ИС невыгодным.