Этапы изготовления полупроводниковых ИМС, обеспечивающие формирование в кристалле полупроводника транзисторной структуры

Большинство полупроводниковых ИМС изготавливаются по планарно-эпитаксиальной технологии, сущность которой заключается в следующем. На кремневой подложке р-типа монокристаллический высокоомный слой кремния n-типа, повторяющий кристаллографическую ориентацию подложки (монокристаллом называют твердое тело с регулярной кристаллической структурой). Этот процесс называется эпитаксией. Он происходит при высокой температуре (1200±3°C) в специальной камере, в которой в газообразном состоянии находятся соединения доноров. При соприкосновении этих соединений с поверхностью подложки на ней и образуется за счет химической реакции чистый кремний с нужной концентрацией примесей (рис. 6.1, а). Затем платину с эпитаксиальным слоем нагревают до 1250 °C в атмосфере сухого кислорода, вследствие чего на ее поверхности получают тонкий слой диоксида кремния SiO₂, обладающий высокими диэлектрическими свойствами. После охлаждения на слой диоксида кремния наносится слой фоторезиста (рис.6.1, б), а сверху на него накладывается фотошаблон (или маска), имеющий прозрачные и непрозрачные участки (рис.6.1, в). В результате освещения фоторезиста ультрафиолетовым светом через фотошаблон засвеченные участки фоторезиста задубливаются. При помещении в специальный растворитель (плавиковую кислоту HF) незадубленные(т.е. неосвещенные) участки фоторезиста растворяются, а задубленные сохраняются (рис.6.1, г). Обработанную таким образом пластинку помещают в другой раствор, который растворяет диоксид кремния, находящийся на участках, незащищенных фоторезистом. В полупроводниковой пластине создаются окна "окна", представляющие незащищенные участки эпитаксиального слоя n-типа (рис.6.1, д). Описанный процесс от момента нанесения на окисленную поверхность полупроводника слоя фоторезиста до образования "окон" (рис.6.1, б, в, г, д) в полупроводнике называют фотолитографией. После этого с пластины удаляется фоторезист и пластина помещается в печь, в которой при температуре порядка 1120 °C через имеющиеся в ней (пластине) "окна" производится диффузия акцепторов (бора В), в результате чего в эпитаксиальном слое n-типа образуется р-области (рис.6.1, е). Затем поверхность пластины снова окисляется и производится вторая фотолитография, в результате которой образуются "окна" над участками р-областей. Через эти "окна" осуществляется вторая диффузия, но уже донорных примесей, в результате которой в р-областях образуются участки с электропроводностью n-типа (рис.6.1, ж). На этом формирование транзисторной структуры заканчивается. Остается только убрать с поверхности слой SiO₂ и напылить на выходящие на поверхность n- и р-областей металлические пленки, к которым припаиваются металлические проволочки, являющиеся выводами полупроводникового прибора. На рис.6.2, а показана структура интегрального биполярного транзистора типа n-p-n, являющегося основным активным элементом биполярных ИМС. Недостатком этой структуры БТ является то, что токи базы и коллектора протекают не только перпендикулярно p-n-переходам, но и вдоль их, вследствие чего увеличивается сопротивление этих областей токам I_Б и I_К, что приводит ухудшению частных свойств БТ. Для уменьшения сопротивления коллекторной n-области (самой протяженной) в ней создается скрытый n^+-слой, содержащий более высокую концентрацию электронов, что приводит к уменьшению сопротивления коллекторной области. Для получения интегрального транзистора Шотки коллекторную и базовую области соединяют металлической пленкой, которая образует между базой и коллектором диод Шотки (рис.6.2, б).

Рис. 1

Рис. 2 Рис. 3