Технология биполярных схем

В планарной технологии существуют различные методы получения ИМС. Они различаются способами изоляции элементов друг от друга и формирования транзисторных структур. Рассмотрим планарно-эпитаксиальную технологию, получившую широкое распространение в промышленности. Последовательность ее операций приведена на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Структурно-технологическая схема изготовления нланарно-эпитаксиальных ИМС.

Исходным материалом при изготовлении биполярных ИМС служат пластины кремния диаметром 60—150 мм, толщиной 0,2—0,4 мм с удельным сопротивлением 1—10 Ом-см. Пластины при запуске в производство объединяются в партии (операция 1) по 10—50 шт. и в дальнейшем обрабатываются на одном и том же оборудовании одновременно или поочередно. Свойства пластин, включаемых в партию, не должны существенно отличаться друг от друга.

Очистка (операция 2) проводится с целью подготовки пластин кремния к последующим операциям. С поверхности удаляются механические загрязнения, химически несвязанные с поверхностью, загрязнения, полученные в результате побочных реакций, а также слой с нарушенной кристаллической структурой, возникающий при механической обработке пластины. Качество очистки строго контролируется.

После очистки проводят первое оксидирование (операция.

3). Оно необходимо для того, чтобы создать маскирующий слой диоксида кремния толщиной около 1 мкм. Слой получают путем оксидирования пластин в атмосфере сухого или влажного кислорода при температуре 1150 °C. Температура должна поддерживаться с погрешностью не хуже ±1 °С.

Следующим этапом является фотолитография (операция.

4). Она предназначена для создания окон в маскирующем слое диоксида кремния. Основным требованием к качеству технологического процесса является высокая точность размеров получаемых окон, расстояний между ними и ровность краев линий, образующих рисунок схемы (топологию). Линейные размеры элементов и расстояние между ними в ИМС могут составлять доли микрометра.

Диффузия (операция 5) должна обеспечить получение хорошо проводящего слоя п* под коллектором с удельным сопротивлением 8—10 Ом м. Он создается путем диффузии мышьяка или сурьмы на глубину 1—2 мкм. Диффузия проводится в две стадии: «загонка» при температуре 800—900 °С и «разгонка» с оксидированием при температуре 1000—1100 °С. Погрешность стабилизации температуры в рабочем объеме не должна превышать ±0,5 °С, а состав газа, пропускаемого через реактор, должен быть постоянным.

После диффузии проводится снятие оксида (операция 6) и поверхность подготавливается путем очистки (операция 7) к эпитаксиальному наращиванию (операция 8). Эпитаксиальный слой с «⁺-проводимостью имеет толщину 8—12 мкм и удельное сопротивление 0,1—10 Ом-см. Качество слоя определяется электрофизическими свойствами, а также количеством дефектов и дислокаций, которое не должно превышать 10⁴ см ².

Слой диоксида кремния толщиной 0,5—1 мкм (операция 9) создается для маскирования поверхности с тем, чтобы с помощью второй литографии (операция 10) сформировать окна под разделительную диффузию. В планарно-эпитаксиальной технологии электрическое разделение элементов микросхемы проводится с привлечением обратносмещенных р-н-переходов.

Требования к качеству выполнения операций фотолитографии, начиная с этой стадии изготовления, дополняются условиями точного совмещения нового рисунка с предыдущим.

Двухстадийная диффузия бора (операция 11) выполняется для формирования разделяющих областей ср-проводимостыо. Она проводится при температуре 1100 °C («загонка») и 1200 °C («разгонка») с оксидированием в атмосфере сухого кислорода.

Формирование базы транзисторов осуществляется последовательно проводимыми операциями: очистка поверхности (операция 12), оксидирование (операция 13), третья фотолитография (операция 14), диффузия бора (операция 15). В результате выполнения этих операций на глубине 2,5—3 мкм создаются области с удельным сопротивлением 50—300 Ом м.

Требования к качеству выполнения операций и режимам обработки аналогичны описанным выше.

При формировании эмиттера производятся следующие операции: очистка поверхности (операция 16), оксидирование (операция 17), четвертая фотолитография (операция 18), диффузия фосфора (операция 19), Результатом этих операций являются области п⁺-проводимостыо на глубине 0,8—2 мкм с удельным сопротивлением 5—20 Ом м После очистки (операция 20) на поверхность пластины наносится слой металла, чаще всего алюминия (операция 21) толщиной 0,2—0,4 мкм, на котором с помощью пятой фотолитографии (операция 22) создаются контактные площадки и проводники, соединяющие между собой элементы ИМС. Разводка в схемах с большой степенью интеграции проводится в несколько слоев, при этом слои металла разделяются слоями диэлектрика, а необходимую топологию получают методами фотол итографи и.

Последней операцией обрабатывающей фазы является контроль готовых структур на пластине (операция 23). После контроля пластина передается в сборочную фазу производства.