Пример описания технологии создания интегральной структуры с помощью специальных операторов

Рассмотрим процедуру составления программы моделирования технологии создания интегральной структуры на примере биполярного транзистора (рис. 1.2).

Обозначения:

Рис. 1.2.Топология биполярного транзистора.

р — материал (полупроводник), имеющий дырочную проводимость;

п — полупроводник, имеющий электронную проводимость;

л⁺ — полупроводник, имеющий обедненную электронную проводимость;

Б — база транзистора;

Э — эмиттер транзистора;

К —коллектор транзистора;

КБ — контакт базы;

КК — контакт коллектора;

КЭ — контакт эмиттера.

Для возможности моделирования технологического процесса на компьютере разработаем язык его описания. Продемонстрируем этапы создания транзистора не только в виде схем (рис. 1.3−1.17), но и с помощью соответствующих операторов.

Исходным материалом для создания монолитных интегральных схем является кремниевая пластина — подложка p-типа (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Кремниевая пластина.

Оператор подложки:

SUBS.

SUBS SILICON р 1. Ое+15.

//кремниевая (SILICON) р-подложка с концентрацией носителей.

10¹⁵.

Для уменьшения сопротивления коллектора проводят диффузию примеси я^типа (рис. 1.4) под транзистор (маска 1).

Рис. 1.4. Диффузия п*-типа.

Оператор диффузии:

DOPE.

DOPE N 1.5е+15 00е+00 5.0е-01 //диффузия n-типа с концентрацией носителей 1,5*1О¹⁵,.

//без захода под окисел,.

//глубиной 5,0*10−1 микрона.

На пластину методом эпитаксиального выращивания наносят слой кремния л-типа (рис. 1.5):

SUBS SILICON n 1.0е+13 //подложка кремния n-типа //с концентрацией 1013.

Рис. 1.5. Выращивание эпитаксиального слоя.

После этого проводят диффузию примеси p-типа до смыкания с р-кремнием (рис. 1.6). Образуются л-карманы для резисторов и коллекторов транзисторов.

Рис. 1.6. Разделительная р-диффузия.

В данном случае диффузию проводят с использованием негативной маски 2, формирующей эти области:

DOPE Р 1. Ое+22 1.8е+00 2.0е-01 //диффузия p-типа с концентрацией 1,0*10²², с заходом //под окисел.

//в 1,8 микрона, глубиной 2,0*10^-1 микрона.

В карманы л-типа (коллекторы и карманы для резисторов) проводят диффузию примеси p-типа (рис. 1.7) для создания областей баз транзисторов и р-резисторов.

Рис. 1.7. Базовая р-диффузия.

На этом этапе используют положительную маску 3 с топологиями баз и р-резисторов:

DOPE Р 1. Ое+15 10е+00 1.0е-01.

С использованием положительной маски 4 с соответствующими топологиями осуществляют эмиттерную диффузию примесей л⁴-типа (рис. 1.8): в базовые области для создания эмиттеров, в коллекторные.

Рис. 1.8. Эмиттерная диффузия области для создания низкоомной области под коллекторным контактом, в подложку p-типа для создания низкоомных резисторов, использующихся для разводки соединений.

Оператор:

DOPE N 1. Ое+22 7.0е-01 1.0е-01.

Для создания изолирующего слоя окисляем пластину, создаем слой диоксида кремния (рис. 1.9).

Рис. 1.9. Окисление.

Оператор окисления:

0X1D.

OXID 0X6 3.0е-01.

Далее на этапе операции травления оксида с помощью положительной маски 5 вскрывают контактные окна к эмиттеру, базе, коллектору и в других необходимых местах для организации подачи управляющих сигналов в различные полупроводниковые области (рис. 1.10).

Рис. 1.10.Травление.

Оператор травления:

ETCH сглубина травления>

ETCH 0X0 3.0е-01.

Напыляют слой алюминия для создания металлического проводящего слоя (рис. 1.11), из которого на последующей операции будут сформированы соединения (путем травления).

Рис. 1.11. Нанесение металла.

Оператор нанесения материала:

DEPO.

DEPO МЕТЬ 5.0е-01.

С использованием негативной маски 6 вытравливают лишний металл и создают необходимые межсоединения (рис. 1.12):

ETCH МЕТЬ 5.0е-01.

Рис. 1.12. Создание межсоединений.

Так как необходимо, чтобы диффузия проводилась в определенных зонах, перед каждой диффузией проводят фотолитографию.

Фотолитография. Пластину, в которой должна быть проведена диффузия, окисляют («покрывают оксидом», «покрывают окислом») (рис. 1.13):

OXID 0X6 1.0е-01.

Рис. 1.13. Окисление пластины.

На слой оксида наносят светочувствительный слой фоторезиста (рис. 1.14):

DEPO RST 1.0е-01.

Рис. 1.14. Нанесение фоторезиста.

На фоторезист накладывают фотошаблон: маска повторяет рисунок зон диффузии (рис. 1.15).

Рис. 1.15. Наложение фотошаблона и засветка.

Оператор маски:

MASK.

MASK RST DRST 4 POSI.

Проводится облучение ультрафиолетовым светом. Там, где свет попадает на фоторезист, участки поляризуются. После этого фотошаблон убирают, и пластина помещается в специальный травитель, который стравливает незасвеченные участки фоторезиста (рис. 1.16):

ETCH DRST 1.5е-01.

Рис. 1.16. Вытравливание незасвеченного фоторезиста.

Далее пластину помещают в травитель, вытравливающий оксид кремния на освобожденных от фоторезиста участках (рис. 1.17):

ETCH 0X1 1.0е-01.

После этого травитель смывают, пластину помещают в диффузионную печь, где диффузия примесей идет только в местах, где нет оксида кремния.

Рис. 1.17. Снятие остатков фоторезиста.

Пример программы создания интегральных биполярных схем в эпитаксиально-планарной технологии (ЭПТ).

SUBS SILICON р 1. Ое+15.

DEPO RST 5.0е-01.

MASK RST DRST 1 POSI.

ETCH NTRD 5.0e-01.

ETCH RST 6.0e-01.

OXID NTRD 6.0e-01.

ETCH NTRD 6.0e-01.

DOPE N 1.5e+15 00e+00 5.0e-01.

ETCH 0X0 1.0e-01.

SUBS SILICON n 1.0e+13.

OXID 0X3 1.0e-02.

DEPO NTR 1.0e-01.

MASK RST DRST 2 NEGA.

ETCH NTRD 2.0e-01.

ETCH 0X0 2.0e-01.

DOPE P 1.0e+22 1.8e+00 2.0e-01.

ETCH RST 1.0e-01.

DEPO RST 1.0e-01.

MASK RST DRST 3 POSI.

ETCH DRST 1.5e-01.

DOPE P 1.0e+15 10e+00 1.0e-01.

ETCH OX 3.0e-01.

OXID 0X6 1.0e-01.

DEPO RST 1.0e-01.

MASK RST DRST 4 POSI.

ETCH DRST 1.5e-01.

ETCH 0X1 1.0e-01.

DOPE N 1.0e+22 7.0e-01 1.0e-01.

OXID 0X6 3.0e-01.

DEPO RST 3.0e-01.

MASK RST DRST 5 POSI.

ETCH RST 3.0e-01.

ETCH 0X0 3.0e-01.

DEPO METL 5.0e-01.

DEPO RST 5.0е-01 MASK RST DRST 6 NEGA ETCH DRST 6.0e-01 ETCH METL 5.0e-01.

В тексте программы технологического процесса есть ссылки на позитивные и негативные маски (рис. 1.18).

Рис. 1.18. Маски: а) позитивная (POSI), б) негативная (NEGA).

В масках (шаблонах) черным цветом обозначают области диффузии (имплантации) или иных технологических операций по внедрению вещества в заданную область.

Интегральные резисторы. Интегральные резисторы обычно изготавливают на основе p-базовой диффузии в изолирующих областях л-типа (рис. 1.19).

Рис. 1.19. Резисторы: а) интегральная структура, б) топология низкоомного резистора, в) топология высокоомного резистора Для изоляции л-кармана на р-подложку необходимо подать максимально отрицательный потенциал схемы (обычно это нулевой потенциал шины «земля»), а для изоляции p-области резистора (в л-карман) — самый большой положительный потенциал (обычно — напряжение питания).