Эпитаксиальная технология

Если отражение происходит от поверхности полупроводника, покрытого диэлектрической пленкой, или от структуры эпитакси-.•альная пленка — подложка, то эллипсометри веские параметры тз и Д зависят от показателей преломления и коэффициентов экстинк-ции подложки и пленки, а также от толщинь пленки. В частности, зависимость тз и Д от толщины пленки положена в основу метода измерения толщины диэлектрических пленок на поверхности полупроводников и толщины эпитаксиальных слоев на сильнолегированных подложках в структурах п-п+- и р-р+-типа. В инфракрасной области спектра, например на длине волны 10,6 мкм, поглощение света происходит в основном на свободных носи"елях заряда и потому эпитаксиальные структуры п-п+- и р-р+-типа эквивалентны структуре прозрачная пленка — поглощающая подложка.

В последнее время в связи с развитием планарной технологии в производстве биполярных приборов начали широко использовать эпитаксиальные структуры. В этом случае на предприятие-изготовитель приборов или микросхем поступают заготовки в виде пластин с нанесенными на них эпи-таксиальными слоями или более сложными структурами на их основе. При такой организации производства предприятие электронной промышленности может исключить из производственного цикла подготовительные операции механической обработки и начинать цикл непосредственно с обработки эпи-таксиальных структур.

комнатной температуре (слои высокого качества получают при температуре подложки 250 — 300 °С); во-вторых, окисление моносилана легко сочетается с эпитаксией кремния (можно осуществить процессы в одном реакторе), что очень важно при нанесении защитных покрытий на эпитаксиальные структуры; в-третьих, окисление моносилана идет без образования углерод-содержащих соединений, что исключает возможность загрязнения поверхности кремния углеродом и образования карбидных фаз.

Подготовка полупроводниковой подложки. Заключается в последовательной механической обработке ее. Подложки кремния шлифуют до заданной толщины, затем полируют, подвергают травлению и промывают. Эпитаксиальные структуры не требуют дополнительной механической обработки, а лишь подвергаются травлению и промывке перед процессами создания схем.

При полипланарном способе используется локальное анизотропное травление эпитаксиального слоя. Эпитаксиальные структуры на поверхности кремния ориентируют в плоскости (100). При этом получают V-образные канавки, стенки которых ориентированы в плоскости (111). Поверхность кремния после травления покрывают слоем SiO3 — Si3N4. На поверхности диэлектрика выращивают поликристаллический кремний, который оставляют только в углублениях V-канавок. Остальной поликремний удаляется с поверхности шлифовкой ( 1.12). Плотность элементов при этом способе изоляции значительно повышается.

В качестве первых используется монокристаллический кремний с поверхностью, обработанной до 14-го класса чистоты и ориентированный в плоскости (111) или (100). Подложки кремния выпускаются с эпитаксиальным слоем одно- и многослойными. Часто эпитаксиальные структуры содержат скрытый я+-слой. Однослойные эпитаксиальные структуры представляют собой эпитаксиальные слои л-кремния с равномерной концентрацией примесей, выращенные на полупроводниковом кристалле ^-типа приводимости. Тол-

Многослойные эпитаксиальные структуры выращиваются на противоположных сторонах полупроводниковой подложки.

Различают од н ос л о и н ы е и многослойные эпитаксиальные структуры кремния. Однослойные структуры диаметром 25—40 мм представляют собой кремниевую монокристаллическую пластину толщиной 0,2 мм, покрытую эпитаксиальной кремниевой пленкой толщиной от 8 до 15 мкм. У многослойных структур пленка наращивается с двух сторон пластины.

Наша промышленность изготовляет также гете-роэпитаксиальные структуры, в которых кремниевый слой наращивается на монокристаллическую сапфировую подложку.

никовых материалов, базирующейся на процессах металлургии, чем к технологии полупроводникового приборостроения. На этом этапе развития технологии полупроводниковых материалов наряду с монокристаллами и подложками конечной продукцией полупроводникового производства стали эпитаксиальные структуры.

тает такими стремительными темпами, что к концу столетия может достичь десятков тонн в год. В промышленных масштабах производятся также некоторые эпитаксиальные структуры наиболее важных полупроводниковых соединении (арсенид и фосфид галлия) и твердых растворов на их основе (арсенид — фосфид галлия). Поэтому технология полупроводниковых материалов рассмотрена на примерах получения этих, серийно производимых полупроводников.

Конструктивное исполнение всех микросхем серии однотипно. Все они выполняются в однотипном корпусе, расположение одноименных внешних выводов и соответствующих им контактных площадок на подложке обычно совпадает. Совпадают также значения напряжений источников питания и т. д. Технология изготовления различных микросхем одной и той же серий едина. Наиболее распространенные сейчас планарно-эпитаксиальная технология, при которой все элементы микросхемы формируются в эпитаксиальномслое кремния на поверхности подложки, метод прямой диффузии или технологический - процесс формирования МДП-структур и т. д.

Эпитаксиальная технология сводится к выращиванию из паровой фазы тонких пленок полупроводников на подложках из монокристаллов. После получения эпитаксиальной пленки (толщина пленки 20... 25 мкм) в нее методом диффузии вводят необходимую примесь. Распределение примесей в таких тонких пленках почти одинаково. Это позволяет получить практически очень четкий р — /г-переход. В зависимости от характера переноса атомов от источника осаждаемого вещества к подложке, на которой происходит их кристаллизация, процессы эпитаксии делятся на прямые и непрямые.

В настоящее время при производстве полупроводниковых ИС на биполярных и полевых транзисторах используется несколько разновидностей технологических процессов, отличающихся, главным образом, способами создания изоляции между отдельными элементами. Наиболее широкое применение находит планарно-эпитаксиальная технология с изоляцией элементов при помощи обратно-смещенных /7-и-пере подов.

На границе областей сплавной технологией получают два р-п перехода — эмиттерный и коллекторный. Чаще всего переходы изготавливаются несимметричными по своей конструкции, т. е. с неодинаковыми геометрическими размерами. Переход с меньшей площадью имеет приграничный слой полупроводника р-типа с большей концентрацией примесей (легирован сильнее), чем приграничный слой полупроводника р-типа со стороны перехода большей площади. Полупроводник с большей концентрацией примесей обычно обозначают р +. Средний слой называется базой, крайний сильно легированный — эмиттером, а слой с большей площадью — коллектором. Части поверхностей эмиттера, базы и коллектора покрываются металлическими пленками. К этим пленкам сваркой или пайкой прикрепляются внешние выводы. Сам кристалл крепится на кристаллодержателе и помещается в герметизированный металлический корпус, а выводы через изоляторы выводятся наружу. Реже изготавливается биполярный транзистор симметричной конструкции ( 5.2,6). Симметричный транзистор сохраняет свои электрические характеристики при взаимной замене в схеме включения выводов эмиттера и коллектора. Конструкция биполярного транзистора, изготовленного по диффузионной технологии с точечными р-п переходами, не отличается от рассмотренной конструкции сплавного транзистора, однако электрические параметры его существенно отличаются вследствие малых токов и емкости переходов. Кроме сплавной и диффузионной технологий при изготовлении биполярных транзисторов применяется планарно-эпитаксиальная технология, позволяющая получить транзисторы с малыми отклонениями значений электрических параметров.

Карточка № 21.7а (196) Планарно-эпитаксиальная технология изготовления ИМС

Карточка № 21.7 б (231) Планарно-эпитаксиальная технология изготовления ИМС

В связи с развитием эпитаксиальной технологии в производстве полупроводниковых материалов и приборов требования к чистоте объемных монокристаллов уменьшились, поскольку их используют в основном для изготовления подложек, на которых методами газофазной (германий, кремний и полупроводниковые соединения) или жидкофазной (полупроводниковые соединения) эпитаксии изготовляют рабочий слой будущего полупроводникового прибора или интегральной схемы. Эпитаксиальная технология позволя-•ет получать слой полупроводников очень высокой степени чистоты.

излучения приведены на 15.4, а и б (кривые /, левая шкала). Падение коэффициента передачи можно ослабить, уменьшая толщину базы (планарно-эпитаксиальная технология), используя защитные покрытия поверхности кристалла и ее специальную обработку. Высокочастотные транзисторы, которые имеют малую толщину базы, оказываются более радиационно-стойкими по сравнению с низкочастотными (кривые 2, правая шкала на 15.4, а).

В последнее время при изготовлении дрейфовых транзисторов используется эпитаксиальная технология, которая позволяет наращивать монокристаллическую полупроводниковую пленку на подложку из полупроводника любой проводимости. Таким образом изготовляются дрейфовые транзисторы с эпитаксиальным коллектором, представляющие собой приборы типа р-п-п-р или п-р -v-n. В эпитаксиальном транзисторе между базовыми и коллекторными областями образуется высок оомный слой с дырочной (я-слой) или электронной (v-слой) проводимостью. Высокоомный слой получается путем эпитаксиального насаждения высокоомной пленки монокристаллического полупроводника на низкоомную подложку, образующую коллекторную область; для образования базовой области используют метод диффузии; такой транзистор называют эпитаксиальным с диффузионной базой.

Физические основы диффузии. Диффузионная, планарная и пла-нарно-эпитаксиальная технология изготовления интегральных полупроводниковых микросхем основаны на диффузионном методе создания р—n-переходов. Этот метод применим для групповой технологии и позволяет получать качественные р—п-переходы различной площади. В процессе диффузии можно с большой точностью контролировать и регулировать такие важнейшие параметры, как глубину залегания р—п-перехода, поверхностную концентрацию и распределение примесей в полупроводнике, получая структуры с параметрами, очень близкими к расчетным.

— планарно-эпитаксиальная технология с изоляцией элементов разделительными />/г-переходами;