Материал: TRfDAZqnfW

щениях эти соотношения получены, в какой области справедливы, степень приближенности описания реальных технологических процессов.

3.5.Заключение курсовой работы

Взаключении курсовой работы необходимо:

1)проанализировать разработанный технологический маршрут, сравнить его с типовым, указать его особенности, достоинства и недостатки;

2)проанализировать результаты моделирования технологического процес-

са, сопоставить их с заданными конструкторско-технологическими параметрами.

4.СТРУКТУРЫ БИПОЛЯРНЫХ И МОП ИМС

4.1.Биполярный планарно-эпитаксиальный транзистор

Биполярный планарно-эпитаксиальный транзистор (рис. 4.1) изготавли-

вается на пластинах монокристаллического сильнолегированного n+-кремния

1 ориентации (111), на которых выращивается эпитаксиальный n-слой 2, ле-

гированный фосфором в процессе выращивания. После термического окис-

ления на поверхности пластин вырас-

тает пленка термического диоксида кремния 3, в которой с помощью фо-

толитографии вскрываются окна под базу. База (Б) 4 создается локальной диффузией (или имплантацией) бора.

Вторая стадия диффузии (или пост-

имплантационный отжиг) проводится в окислительной среде, так что на по-

верхности базы вырастает пленка оксида кремния, в которой с помощью фо-

толитографии вскрываются окна под эмиттер. Эмиттер (Э) 5 создается диф-

фузией (или имплантацией) фосфора или мышьяка. С помощью фотолито-

графии вскрываются окна к базе и эмиттеру под омические контакты, кото-

рые создаются нанесением пленки металла (Al или Au) с последующей фото-

литографией 6. Омический контакт к коллектору (К) 7 создается нанесением металла на обратную сторону пластины. Такая структура транзистора обес-

печивает низкое сопротивление коллектора при достаточно высоком напря-

жении пробоя p– n-перехода Б– К.

6

4.2. Биполярная ИМС с изоляцией p– n-переходом

Биполярная ИМС с изоляцией p– n-переходом (рис. 4.2) изготавливается на подложке p-типа 1 ориентации (111). В ней методом локальной диффузии

(или имплантации) создаются области – будущие скрытые n+-слои 2. На подложке выращивается эпитаксиальный n-слой 3, в который проводится локальная диффузия бора на глубину толщины

эпитаксиального n-слоя, образующая раз-

делительные p+-области 4. В образовавшиеся карманы, изолированные друг от друга p– n-переходами, проводится глубокая диффузия фосфора до соеди-

нения со скрытым n+-слоем. Таким об-

разом, образуется область глубокого n+-

коллектора 5. Затем создаются область p+-базы 6, область n+-эмиттера 7 и омические контакты к областям Э, Б, К и подложке (П). В данной структуре контакт к коллектору формируется с лицевой стороны пластины. Области скрытого n+-слоя и глубокого n+-коллектора служат для уменьшения сопротивления коллектора. Изоляция между карманами обеспечивается обратносмещенными p– n-переходами: p-подложка – эпитаксиальный n-слой (или скры-

тый n+-слой) в вертикальном направлении и разделительная p+-область – n-кар- ман в боковом направлении.

4.3.Изопланарная биполярная ИМС

Визопланарной биполярной ИМС (рис. 4.3) боковая изоляция между карманами обеспечивается диэлектриком – толстым диоксидом кремния, выращенным термическим окислением в водяном паре под давлением в несколько атмосфер. Маской для термического окисления служит пленка нитрида кремния, которая впоследствии удаляется. Для сохранения планарности предварительно вытравливаются канавки в кремнии на глубину примерно в половину толщины эпитаксиального слоя, так что после окисления канавка полностью заполняется диоксидом кремния. Канавки с диоксидом кремния заменяют раздели-

7

тельные p+-области (см. рис. 4.2), они не требуют зазоров с областями p-базы и глубокого n+-коллектора. Поэтому такая изопланарная структура с боковой диэлектрической изоляцией позволяет значительно сократить латеральные размеры элементов биполярной ИМС, а следовательно, увеличить степень интеграции.

4.4. МОП ИМС с металлическим затвором

Все МОП ИМС изготавливаются на пластинах кремния ориентации (100), имеющих минимальный заряд на границе раздела Si–SiO 2. При изго-

товлении n-канальных МОП ИМС (рис. 4.4) сначала на пластинах кремния p-типа формируются сильнолегированные противоинверсионные или так называемые p+-стоп-слои 1. Затем созда-

ются n+-области стока (С) 2 и истока (И) 3 МОП-транзистора. Между ними вскрывается окно и выращивается тонкий подзатворный диоксид кремния 4. Затвором (З) служит металлизация 5, которая формируется вместе с омическими контактами к областям С, И и подложке (П). По-

движность носителей тока в n-канальных МОП-транзисторов выше, чем в p- канальных, и поэтому n-канальные МОП ИМС имеют меньшие размеры, чем p-канальные.

4.5.МОП ИМС с поликремниевым затвором

Вструктуре МОП ИМС с поликремниевым (поликристаллическим) за-

твором (рис. 4.5) можно реализовать самосовмещение затвора с областями стока и истока. Для этого после формирования p+-стоп-слоев 1 выращивают подзатворный диоксид кремния 2, на ко-

торый наносят поликремниевый затвор 3.

Формирование областей стока 4 и истока

5 осуществляют ионной имплантацией фосфора через тонкий подзатворный ди-

оксид (показано пунктиром) с последую-

щим постимплантационным отжигом. Мас-

кой при этом служит поликремниевый за-

8

твор и толстый (полевой) диоксид кремния. Длина канала при самосовмеще-

нии равна ширине затвора за вычетом боковой диффузии примеси в областях стока и истока.

4.6.LOCOS МОП ИМС

Вструктуре LOCOS (local oxidation

of silicon) МОП ИМС (рис. 4.6) p+-стоп-

слои 1 создаются на дне канавок, грани-

чащих с областями стока 2 и истока 3.

Дно канавок легируется бором с помо-

щью ионной имплантации, а канавки за-

полняются диоксидом кремния 4 с помо-

щью локального окисления с использованием нитрида кремния в качестве маски. Такая структура с заглубленными p+-стоп-слоями позволяет суще-

ственно уменьшить размеры элементов МОП ИМС.

4.7.КМОП ИМС

Вструктуре КМОП ИМС (рис. 4.7) n- и p-канальные МОП-транзисторы формируются на одном кристалле. Для этого в n-подложке формируются глубокие p-карманы 1 со слабым леги-

рованием. Это достигается имплантацией малой дозы бора с последующей длительной высокотемпературной об-

работкой. Формиро-вание p+-областей стоков/ истоков p-МОП-транзисторов 2 может осуществляться одновременно с формированием p+-стоп-слоев n-МОП-

транзисторов 3. Соответственно, формирование n+-областей стоков/истоков n-МОП-транзисторов 4 может осуществляться одновременно с формированием n+-стоп-слоев p-МОП-транзисторов 5.

4.8.ДМОП ИМС

Вструктуре ДМОП ИМС (рис. 4.8) подзатворная p-область 1 и n+-об-

ласть истока 2 формируются двойной (double) диффузией (или имплантаци-

ей) донорной (P или As) и акцепторной (B) примесей в одно окно в диоксиде

9

кремния на n– -подложке. Этим достига-

ется малая длина канала, равная пример-

но ширине базы вертикального n+– p– n– -

транзистора. Область n+-стока 3, которая может формироваться одновременно с об-

ластью n+-истока, создается на некотором удалении от истока. Исток контактирует с

индуцированным каналом, управляемым затвором, через n−-подложку и обо-

гащенный поверхностный n+-слой. Последний образуется под действием по-

ложительного заряда в пленке диоксида кремния.

5. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕХНОЛОГИИ ИМС

Целью технологического моделирования является построение адекватной модели технологического процесса для того, чтобы, варьируя исходные (входные) параметры процесса, получить требуемые конечные (выходные) параметры структур. Технологическое моделирование позволяет предсказать результаты технологического процесса и определить оптимальные условия и режимы его проведения, не осуществляя дорогостоящих экспериментов, экономя время, энергию и материалы.

5.1. Ионная имплантация

Обычно для описания профиля распределения имплантированной примеси в мишени пользуются симметричной функцией Гаусса двух параметров – среднего проецированного пробега Rр и среднеквадратичного разброса (страг-

глинга) проецированных пробегов ∆Rр:

где Q – количество внедренной примеси, или доза имплантации, ион/см2. Реальные распределения имплантированной примеси как в кристалличе-

ской, так и в аморфной мишенях несимметричны относительно Rр и описы-

ваются функцией Пирсона f(x) четырех параметров: пробега Rр, страгглинга ∆Rр, ассиметрии G(SK) и затухания B [6], [8]:

10