2 Принципы групповой технологии

Микроэлектроника возникла сначала именно как технология.

После появления первых транзисторов стало ясно, что в одном кристалле можно сформировать все основные элементы электронных схем, то есть объединить (интегрировать) в одном кристалле разные элементы (транзисторы, диоды, резисторы), образующих функционально законченную электронную схему и изготовленных в едином технологическом процессе.

Производство интегральных микросхем началось на основе планарной технологии групповым методом.

Сущность группового метода состоит в том, что элементы, из которых состоят микросхемы, формируются одновременно в едином технологическом процессе.

Групповой метод изготовления ИМС представляет собой интеграцию технологических процессов, когда одновременно изготовляются сотни и тысячи ИМС.

Новая технология была названа планарной потому, что она позволила формировать одновременно в объеме кристалла отдельные (локальные) области, из которых складываются различные элементы ИМС (транзисторы, диоды, резисторы), а сами элементы изготовлять поэтапно (по слоям). Все области, составляющие элемент ИС, имеют выход на общую поверхность пластины. На поверхности осуществляется электрическое соединение элементов пленочными проводниками согласно электрической схеме. Пленочные проводники расположены в одной плоскости, в плане.

Особенностью планарной технологии является ее универсальность.

Технологический процесс состоит из нескольких повторяющихся операций это:

химическая обработка,

термическая обработка

и фотолитография.

Разнообразные полупроводниковые приборы и ИС можно создавать, изменяя только комплект фотошаблонов и режимы термических процессов.

Планарные р-n- переходы защищаются от окружающей среды диэлектрической пленкой диоксида кремния непосредственно в процессе их создания. Защитная пленка диоксида кремния сохраняется на всех этапах дальнейшего формирования структуры элементов ИМС. Эта особенность планарных p-n переходов обеспечивает высокую стабильность их параметров и надежность работы ИС.

Понятие структуры.

Для характеристики типа транзисторов, применяемых в микросхемах, и технологии их изготовления пользуются понятием структура интегральной микросхемы.

Структура ИМС определяет порядок расположения слоёв относительно поверхности кристалла.

Слои могут различаться материалом, толщиной и электрофизическими свойствами.

Структура ИМС позволяет выбрать методы выполнения технологических операций по обработке пластин, их последовательность, определить технологические режимы для любого метода.

В производстве ИМС используют структуры на биполярных транзисторах и на МДП транзисторах.

Структура, содержащая элементы, межэлементные соединения и контактные площадки, называется кристаллом интегральной микросхемы.

Технология полупроводниковых ИМС основана на перелегировании полупроводниковой (кремниевой) пластины донорными и акцепторными примесями поочередно.

В результате легирования под поверхностью получаются тонкие слои с различными электрофизическими параметрами, разным типом проводимости и p-n переходы на границах слоёв. Отдельные слои используются как резисторы, а p-n переходы - в диодных и транзисторных структурах.

С труктура, пример которой приведен на рис. 1, содержит слаболегированную подложку 1 р-типа, активный полупроводниковый слой n-типа. В слое n-типа изготовлен транзистор и полупроводниковый резистор (слой р-типа). Для изоляции элементов между собой созданы изолирующие области 2 из диоксида кремния. На поверхности полупроводника сформирован диэлектрический слой диоксида кремния, на котором расположены металлические проводники. Для одновременного формирования транзистора и резистора необходимо, чтобы р-область резистора имела глубину и электрофизические свойства, одинаковые с p-областью базы транзистора.

а б

Рисунок 2– Фрагмент полупроводниковой ИС: а – структура; б – схема электрическая

Топология микросхемы – это чертеж, который определяет форму, размеры и взаимное расположение элементов и соединений ИМС в плоскости, параллельной плоскости поверхности кристалла.

Элементы и межсоединения формируются путем последовательного образования отдельных слоёв (коллекторный слой, базовый слой, разделительный и прочее).

Различают общую и послойную топологию (рис. 10.3).

Рисунок 3– Фрагменты общей (а) и послойной (базового слоя) (б) топологии ИМС

По чертежу слоя может быть разработан чертёж фотошаблона, с помощью которого создают оксидную маску для избирательной диффузии примеси. Для примера на рис. 10.3,а показана общая топология фрагмента, который содержит транзистор и резистор, а на рис. 10.3,б фрагмент топологии маски оксида кремния для избирательной диффузии примеси р-типа для изготовления резистора и области базы транзистора.