8.3.1. Эпитаксия.

Эпитаксией называют процесс наращивания тонких монокристаллических слоев на подложку, при котором кристаллографическая ориентация наращиваемого слоя повторяет кристаллографическую ориентацию подложки. Для получения микросхем эпитаксиальный слой n – типа наращивается на исходной кремниевой пластине – подложке p – типа, описанной в П.8.2.1. В принципе можно получать эпитаксиальный слой любого типа проводимости на подложке с любым типом проводимости [1]. Однако в силу ряда причин чаще используется эпитаксиальный слой n – типа на подложке p – типа. В общих чертах типовой (хлоридный) процесс происходит в такой последовательности. Готовые монокристаллические кремниевые пластины – подложки p – типа помещают в кварцевую трубу. Через кварцевую трубу протекает поток водорода, содержащий небольшую концентрацию примеси тетрахлорида кремния SiCl₄. при высокой температуре (около 1200 ⁰С) на поверхности кремниевых пластин происходит реакция, в результате которой на пластине – подложке постепенно осаждается слой чистого кремния, а пары HCl уносятся потоком водорода. Осажденный (эпитаксиальный) слой монокристалличен и имеет ту же кристаллографическую ориентацию, что и подложка. Для получения проводимости слоя n – типа к парам тетрахлорида кремния добавляют пары соединений бора. Границы между эпитаксиальным слоем и подложкой не получается идеально резкой. Поэтому очень трудно получить сверхтонкие пленки толщиной менее 1 мкм. Обычно получают эпитаксиальный слой толщиной 110 мкм. Такие тонкие однородные слои невозможно получить другими средствами.

8.3.2. Окисление поверхности кремния.

Следующей операцией после эпитаксии является термическое окисление – получение пленки двуокиси кремния SiO₂ на поверхности эпитаксиальног слоя. Термическое окисление проводят при высокой температуре (10001200 ⁰С) в окислительной печи. Основу печи составляет кварцевая труба (как при эпитаксии). Толщина пленки окисла не более 1 мкм.

Окисление (получение пленки SiO₂) за цикл изготовления ИМС производится многократно и является одним из самых характерных процессов в технологии ИМС. Это связанно с тем, что получаемая пленка SiO₂ выполняет несколько важных функций, основными из которых являются:

• функция защиты (пассивация) поверхности, в том числе – защиты вертикальных участков p-n переходов, выходящих на поверхность слоя (рис. 8.2 в,г);

• функция маски, через окна которой вводятся в кремний необходимые примеси (рис. 8.2 а,б);

• функция диэлектрика.

Вот на такой пластина – подложке p-Si с эпитаксиальным слоем n-типа, покрытой слоем двуокиси кремния, показанной на рис. 8.2а, и получают либо транзисторы, либо микросхемы, для чего необходимо выполнить еще много операций по планарной технологии. Далее они кратко будут рассмотрены.

8.3.3. Первая (разделительная) диффузия.

Для каждого элемента ИМС (транзистора, диода, регистра) необходим отдельный, изолированный от других, участок («карман») в эпитаксиальном слое n – типа. Места расположения транзисторов, диодов, резисторов определенны заранее (см. рис. 8.2б).

Следует отметить, что основным элементом биполярных ИМС является транзистор n-p-n типа. На его изготовление ориентируется весь технологический цикл. Все другие элементы должны изготавливаться, по возможности, одновременно с этим транзистором без технологических операций. Так в качестве диода используется один из p-n переходов транзистора. Резисторы изготавливаются одновременно с базовым (коллекторным, эмиттерным) слоем n-p-n транзистора. Изоляцию «карманов» чаще других выполняют при помощи обратносмещенных p-n переходов. Для этого проводят 1-ю диффузию акцептором, называемую разделительной. Перед 1-ой диффузией в пленке окисла кремния получают систему окон (отверстий). Изолирующий слой (в данном случае SiO₂) с системой окон называют маской. Для изоляции n – карманов окна маски расположены над границами между будущими карманами, как показано на рис. 8.2б. Маски в технологическим цикле получения ИМС используют многократно. Маски получают методом фотолитографии, которая далее будет кратко рассмотрена. Подложка с маской для 1-ой диффузии помещается в кварцевую трубу. Через трубу при температуре выше 1000 ⁰С пропускается смесь нейтрального газа (аргона) с парами примеси. Для получения акцептора добавляют пары бора. Атомы акцептора диффузируют через окна маски вглубь подложки. Диффузия акцепторов проводится на всю глубину эпитаксиального слоя. После 1-ой диффузии в тонком эпитаксиальном слое остаются обособленные «карманы» n-типа, в которых будут получены транзисторы и другие элементы. Эти «карманы» со всех сторон окружены областями p-типа. В результате n-карманы изолированы от p-подложки p-n переходом, карман от кармана – двойным p-n переходом. Эти p-n переходы смещаются в обратном направлении (закрываются), что обеспечивает надежную изоляцию кармана от окружающей области. Для этого подложка должна быть соединена с точкой схемы, имеющий самый низкий потенциал. Обычно это – корпус.