Совместная изоляция p–n–переходом и диэлектрическими пленками

Технологический процесс изготовления полупроводниковых ИМС включает следующие операции и процессы: подготовка пластины (подложки), эпитаксиальный процесс, окисление, фотолитография, диффузия, изоляция, металлизация и др. Одним из основных процессов планарной технологии является диффузия примесей в полупроводниковую пластину. Она проводится локально, т.е.в заданные участки пластины через маску из двуокиси кремния. Поочередная диффузия в кремний примесей р- и n- типов позволяет создавать последовательность нескольких n-р-переходов, необходимых для образования элементов. В качестве примесей используют фосфор, бор, мышьяк, галлий, свинец, алюминий. По отношению к кремнию и германию фосфор, мышьяк и свинец обладают электронным типом проводимости, а бор, галлий и алюминий - дырочным. Чаще всего используют фосфори бор, имеющие наиболее близкие коэффициенты диффузии в кремний, обладающие большой растворимостью в нем и имеющие малые коэффициенты диффузии в двуокись кремния. Металлизацию осуществляют осаждением проводящего слоя (как правило, из алюминия).

Рис. 1. Последовательность операций планарно-эпитаксиальной технологии производства биполярных полупроводниковых ИМС с изоляцией элементов p-n-переходами:

1— механическая обработка поверхности рабочей стороны Si пластины p-типа до 14-го класса чистоты и травление в парах НС1 для удаления нарушенного слоя;
2 — окисление для создания защитной маски при диффузии примеси n-типа;
З — фотолитография для вскрытия окон в окисле и проведения локальной диффузии в местах формирования скрытых слоев;
4 — диффузия для создания скрытого n+-слоя;
5 — снятие окисла и подготовка поверхности перед процессом эпитаксиального наращивания;
6 — формирование эпитаксиальной структуры;
7 — окисление поверхности эпитаксиального слоя для создания защитной маски при разделительной диффузии;
8 — фотолитография для вскрытия окон под разделительную диффузию;
9 — проведение разделительной диффузии и создание изолированных карманов;
10 — окисление;
11 — фотолитография для вскрытия окон под базовую диффузию;
12 — формирование базового слоя диффузией примеси p-типа;
13 — окисление;
14 — фотолитография для вскрытия окон под эмиттерную диффузию;
15 — формирование эмиттерного слоя диффузией примеси n-типа;
16 — фотолитография для вскрытия контактных окон;
17 — напыление пленки алюминия,
18 — фотолитография для создания рисунка разводки и нанесение слоя защитного диэлектрика.

Диффузионные резисторы (ДР) изготовляют одновременно с операцией создания базовой или эмиттерной области транзистора путем использования соответствующих масок. Структура таких ДР показана на рис.2.1 Сопротивление ДР представляет собой объемное сопротивление участка диффузионного слоя, ограниченного границей p-n–перехода, который находится в закрытом состоянии. При создании ИС параметры диффузионных слоев выбираются с целью получения требуемых характеристик n–p–n–транзисторов, поэтому необходимое значение сопротивления определяется при данных параметрах диффузионных слоев только выбором конфигурации и геометрических размеров тела резистора. При этом форма и размеры контактов К к ДР выбираются такими, чтобы сопротивление приконтактных областей было значительно меньше сопротивления объема, использованного для создания ДР.

Длина площадью, отводимой для резистора на кристалле. Воспроизводимость номинальных значений сопротивления ДР, изготовленных на одном кристалле, имеют один и тот же знак, поэтому отношение сопротивлений воспроизводится с высокой точностью и температурный коэффициент этого отношения мал (0, 15…0, 3 % / °С) по сравнению с отдельным резистором.

Рис. 2. Топология кристалла полупроводниковой микросхемы:

1 – 7 – контактные площадки и внешние выводы; а – диод; б, в – транзисторы; г – конденсатор; д – знаки совмещения; е –

технологический транзистор-свидетель; ж – диффузионные полосковые резисторы

Представление о взаимном расположении изолированных зон, топологических элементов в интегральной схеме дает микрофотография кристалла с общим видом топологии усилителя широкополосного 140УД6, представленная на рис. 5.1.1. Размер кристалла 900 × 1000 мкм; цифрами 1 – 7 обозначены