Московский государственный институт

ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ

( ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ )

КАФЕДРА ФХОТМ

КУРСОВОЕ

ПРОЕКТИРОВАНИЕ

ПО ТЕМЕ :

ТЕХНОЛОГИЯ “ ИЗОПЛАНАР ”

ВАРИАНТ ¹ 7

ВЫПОЛНИЛ СТУДЕНТ

ГР. МТ-42 ЯКОВЛЕВ С.П.

ПРОВЕРИЛА

АКУЛЁНОК М. В.

1996 Год

ЗАДАНИЕ .

Разработать технологический маршрут изготовления биполярного тран­зистора по технологии “ изопланара ”. И обосновать режимы техноло­гической операции эпитаксии .

СОДЕРЖАНИЕ .

1 . ВСТУПЛЕНИЕ .

2 . МАРШРУТ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БПТ ПО ТЕХНОЛОГИИ “ ИЗОПЛАНАР ”.

3 . ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОПЕРАЦИИ ЭПИТАКСИИ .

4 . ЗАКЛЮЧЕНИЕ .

ВВЕДЕНИЕ .

В основу изготовления полупроводниковых биполярных ИМС с комбиниро­ванной изоляцией положены процессы , обеспечивающие формирование эле­ментов с изоляцией p-n переходами их горизонтальных участков и диэлектри­ком - вертикальных боковых областей .Частичная замена диодной изоляции ди­электрической в комбинированных методах изоляции позволяет снизить пара­зитные ёмкости и рассеиваемую мощность , увеличить быстродействие и про­бивные напряжения , уменьшить геометрические размеры активных элементов ИС.

Основными процессами технологии биполярных ИМС с комбинированной изо­ляцией являются :

• ИЗОПЛАНАРНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ

• ЭПИПЛАНАРНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ

• ПОЛИПЛАНАРНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ

Локальное окисление кремния при наличии маскирующей плёнки нитрида кремния , непроницаемой для кислорода , было доработано применительно к биполярной конструкции транзистора одной американской фирмой. Её особен­ности были направлены на размещение локально окисленного кремния в объёме полупроводниковой подложки , а не над её поверхностью .Было предложено после формирования отверстий в маскирующей плёнке нитрида кремния часть кремния из подложки , свободной от маски , удалять на глубину , равную вели­чине , на которую увеличится объём при окислении кремния .То есть , если из­вестно , какую часть кремния надо локально окислить , то , зная соотношение объёмов кремния и полученного оксида кремния , легко определить величину удаляемого кремния . Такая последовательность действий позволила сформи­ровать участки оксида кремния , лежащие в объёме подложки , практически не возвышаясь над её поверхностью. Технология изоляции элементов ИС с помо­щью “ утопленного ” локально окисленного кремния получила название

“ ИЗОПЛАНАР ”. Диэлектрическая изоляция разделяет эпитаксиальный слой , а от подложки изоляция обеспечивается p-n переходом .

На начальном этапе развития изопланарной технологии в качестве транзистор­ной была взята структура с эпитаксиальным слоем p-типа проводимости .

В подложке кремния р-типа диффузией формировались скрытые области n⁺-типа проводимости . Затем выращивались эпитаксиальные слои р-типа проводимости толщиной < 2мкм. Такая толщина выбиралась из необходимости ограничить время окисления ( 16 часов ) и обеспечить при данной толщине оксида удовле­творительные характеристики транзистора . При этом уменьшались и горизон­тальные размеры изолирующих областей. Далее на поверхности АЭС формиро­вались подслой SiO₂ толщиной 40 - 60 нм и плёнка нитрида кремния. Толщина Si₃N₄ должна гарантировать отсутствие сквозных дефектов. Далее проводилась фотолитография и травление кремния в местах , где должна была располагаться изоляция соседних структур и изоляция между коллекторным контактом и базо­вой областью в одной структуре. Травление производилось на глубину , рав­ную 2/3 толщины ЭС. Через маску нитрида кремния в этих же областях форми­ровали SiO₂ . В процессе окисления SiO₂ распространялся до подложки. Однако в такой технологии избежать образования выступов на поверхности структуры не удавалось . Серьёзным дефектом формируемой структуры является «птичий клюв». Он образуется из-за горизонтального окисления кремния , облегчённого наличием подслоя SiO₂ .Нитрид кремния служил маской для O₂ , в то время ,как через оксид кремния легко проникает кислород.

Некоторые из методов устранения «птичьего клюва» состояли в специальном способе изготовления ИС или использовании поликремния . Один из способов предлагал создать на поверхности подложки тонкую плёнку оксида кремния , в которой вскрывали узкие канавки .Такие методы были в некоторой степени эф­фективны , однако требовали проведения дополнительных операций .

При формировании межэлементной изоляции полностью дефект устранить не удалось . Однако при снятии Si₃N₄ повторном окислении поверхности со вскры­тием окон под контакты часть его может удалиться .

Cформированная межэлементная диэлектрическая изоляция непосредственно контактирует с изолируемым ЭС р-типа и скрытым слоем на границе с подлож­кой. Если сравнить положение области изоляции в такой структуре с положе­нием изолирующей разделительной области в структуре с изоляцией обратнос­мешанным p-n переходом , то легко заметить , что подобная близость области изоляции для последней структуры приведёт к потере работоспособности тран­зисторной структуры. Значит , в изопланарной технологии из-за устранения га­рантированных зазоров между областью изоляции и скрытым слоем и между областью изоляции и областью базы в 2-3 раза уменьшилась площадь транзи­стора по отношению к площади транзистора , изготовленного по планарно-эпи­таксиальной технологии с одинаковыми проектными нормами.

На начальном этапе развития изопланарной технологии проблема воспроизво­димости величины «птичьего клюва» не была решена. В этих условиях в конст­рукции транзистора не предполагалось контактирования области изоляции и двух противоположных сторон эмиттера. То есть область эмиттера при этом целиком вписывается в область базы. Даже при самых неблагоприятных усло­виях формирования области изоляции из-за образования «клюва» площадь эмиттерной области сохранится постоянной , a площадь области базы будет либо уменьшаться, либо увеличиваться в зависимости от используемых спосо­бов стабилизации величины «клюва».

Технология , с помощью которой формируется транзистор с вписанным в об­ласть базы эмиттером , называется “изопланар-1”. При изготовлении структуры по такой технологии надо обращать внимание на возможные дефекты.

В дальнейшем изопланарная технология обеспечила воспроизводимость «клюва» , что дало возможность формировать транзисторную структуру с при­стеночным эмиттером. Такая технология получила название “ изопланар-2 ”. По сравнению с изоляцией с помощью p-n переходов технология “изопланар-2” по­зволяет уменьшить площадь транзистора в 3-3,5 раза , а по сравнению с техно­логией “изопланар-1” - в 1,5-2 раза. В технологии “изопланар-2” были сущест­венно повышены требования к качеству границы SiO₂-Si , особенно в боковых областях , где располагался эмиттер.

Следующий шаг на пути совершенствования изопланарной технологии состоял в переходе от ЭС р-типа проводимости к n-типа проводимости. Это позволило улучшить электрические характеристики транзисторных структур за счёт сни­жения ширины базы и повышения точности её изготовления. Также базовые и эмиттерные области стали формировать диффузией или ионным легированием.

Для предотвращения образования проводящего канала n-типа на границе между областью изоляции и р-подложкой подлегирование примесью р-типа проводят только в донную часть углублений , вытравливаемых под изоляцию. Это осу­ществляется с помощью ионного легирования. На боковые стенки углублений примесь при этом не попадает , так как их во время ионного легирования маски­рует плёнка Si₃N₄ , консольно нависающая над углублениями после вытравлива­ния кремния перед окислением.