Главная  Интегральный монолит 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [ 6 ] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84]

яературе 160 С. Обычный слой фоторезиста не является защитным покрытием для травящей среды такого типа. Но, с другой стороны, слой двуокиси кремния хорошо противостоит воздействию фосфорной кислоты. Поэтому в случае, когда в качестве пассивирующего материала используют нитрид кремния, применяют процесс травления, состоящий из двух этапов. На слой нитрида кремния наносят тонкий слой SiOs порядка 150 нм. Необходимые окна в двуокиси кремния изготовляют обычным способом фотолитографирования и травления. На втором этапе травления окон в слое нитрида кремния с помощью фосфорной кислоты слой Si02 служит защитной маской.

Величины допу-сков

В подавляющем большинстве структур монолитных схем боковые размеры интегральных элементов определяются ограничениями, связанными с процессами фотоуменьшения, изготовления маски и травления. Основными ограничениями фотолитографического процесса являются точность совмещения масок и их разрешающая способность.

Поскольку при изготовлении монолитных схем требуется последовательное применение ряда масок, каждая новая маска должна накладываться на поверхность кремния так, чтобы она по возможности точнее совмещалась с предыдущими масками в пределах всей вафли. Для этого требуется очень высокая степень точности изготовления исходного чертежа схемы. С этой целью первоначальный чертеж схемы выполняется максимально возможного размера, какой только допускает система фотоуменьшения. Обычно для схемы, имеющей окончательный размер около 0,2X0,2 мм, выбирают 500-кратное увеличение. Но в большинстве случаев, чтобы избежать оптических искажений в процессе фотоуменьшения, выби-

рают несколько меньший масштаб увеличения первоначального чертежа схемы, например 400-кратное. Следует иметь в виду, что все отклонения Б размерах исходного чертежа будут уменьшаться в том же масштабе, что и само изображение схемы. Например, ошибка в изображении линейного размера исходного чертежа, равная 0,25 мм, приведет к неточности ±5 мкм в окончательной схеме при 500-кратном уменьшении.

Возможными источниками ошибок на этапе изготовления маски являются неточности, связанные с процессом размножения рисунка маски способом контактной печати. Непосредственным источником

ошибки при этом является механизм подъема. Кроме того, величина допусков при изготовлении маски ограничивается точностью установки маски на поверхности вафли. Эта операция выполняется с помощью регулируемого зажимного приспособления под микроскопом с большим увеличением. Однако и в этом случае возможны отклонения, обусловленные ошибками операторов. Для сведения к минимуму ошибки установки масок, как правило, применяют специальные установочные концентрические изображения на всех последовательных масках. Точность установки типовой маски в условиях производства при использовании концентрических изображений составляет ±1 мкм.

Способность маски воспроизвести точные детали на поверхности вафли определяется разрешающей способностью этапов фотоуменьшения. Хорошей мерой разрешающей способности является минимальная толщина линии, которую требуется разрешить и которая воспроизводится двумя параллельными линиями, разнесенными одна от другой на расстояние, равное толщине "линии. Основными ограничениями разрешающей способности при фотоуменьшении являются статистические флуктуации молекулярной



структуры фотоэмульсии и дифракция света на краях маски. Минимальная толщина линии, которая может быть разрешена в условиях современного производства, составляет приблизительно 2 мкм.

На этапе травления также вносятся свои случайные ошибки, которые ухудшают разрешающую способность маски. Зернистая структура экспонированного и полимеризо-ванного фоторезиста не позволяет образовать правильные края элементов маски на этапе травления. Поэтому могут иметь место случайные Отклонения порядка ±0,5 мкм от прямой линии края элемента. Этот эффект вместе с неоднородностью свойств двуокиси кремния к действию травящего раствора ведет к округлению острых углов элементов маски. Обычно радиус округления составляет величину порядка 2-3 мкм.

Допуски на выравнивание и разрешающую способность, связанные с фотоуменьшением, изготовлением и установкой масок, ограничивают боковые размеры элементов интегральной схемы. При заданной технологии изготовления фотомаски абсолютная величина отклонений в линейных размерах является постоянной величиной. Поэтому с уменьшением размеров элементов интегральной схемы относительная величина отклонений становится недопустимо большой. Например, осуществить согласование по величине сопротивления двух резисторов шириной 5 мкм значительно труднее, чем резисторов шириной 10 мкм.

«островками». Электрическое разделение между островком и остальной частью схемы осуществляется с помощью обратносмещенного р-п перехода (диодный метод изоляции) или с помощью диэлектрического слоя (диэлектрический метод изоляции). В данном параграфе рассматриваются способы изготовления и электрические свойства каждого ИЗ этих методов изоляции.

Диодная изоляция

Метод диодной изоляции является наиболее экономичным и наиболее широко применяемым в производстве монолитных интегральных схем. Для обеспечения электрической изоляции при формировании островка используется свойство смещенного в обратном направлении р-п, перехода не проводить или блокировать электрический ток. На рис. 1-13 показано поперечное сечение изолированного диодным методом островка, в котором размещен биполярный транзистор п-р-п типа. При изготовлении электрически изолированных одно от другого устройств такой структуры используются планарные технологические процессы, перечисленные на рис. 1 -1, с некоторыми небольшими добавлениями. Эти добавления сводятся к следующему: перед этапом эпитаксиального выращивания в подложку р-типа производится селективная диффузия и+-типа. (Здесь и далее знак «-Ь» используется для обозначения более высокой концентрации примесей). Такая субэпи-

1-6. МЕТОДЫ ИЗОЛЯЦИИ

Все элементы интегральной схемы изготовляются одновременно и на одной кремниевой подложке. Поэтому необходимо предусмотреть средство для их изоляции друг от друга. Это достигается путем формирования монолитных устройств внутри электрически изолированных, областей подложки, называемых

Эпитактатный смой

Коллектор База Эмиттер

:W\\p


Рис. 1-13. Структура изоляции р-п переходом области с биполярным п-р-п транзистором.



таксиальная диффузионная область л+-типа, называемая «заглубленным слоем», служит для уменьшения удельного сопротивления току, протекающему от физического кол-•лекторного контакта на поверхности вафли к активной коллекторной области, расположенной непосредственно под базой (см. § 2-1).

После окончания процессов эпитаксиального наращивания и оксидирования на поверхность вафли накладывают маску для изолирующей диффузии. В окна этой маски осуществляется диффузия р-типа через эпитаксиальный слой и-типа в толщу подложки. Во время диффузии формируются сплошные стенки р-типа вокруг определенных областей эпитаксиального слоя и-типа. Когда подложка и изолирующие стенки имеют отрицательный постоянный потенциал относительно островка п-типа, то получается, что весь островок оказывается окруженным смещенным в обратном направлении р-п переходом, которой электрически изолирует его от остальной вафли.

Изолирующая диффузия явля-•ется сравнительно некритичным этапом диффузии. Единственным •основным требованием к ней является то, чтобы конечная глубина изолирующей стенки была больше толщины эпитаксиального слоя. По окончании этапа изолирующей диффузии осуществляется формирование базы и эмиттера транзистора путем соответствующей диффузии в толщу островка п-типа, который является коллекторной. областью п-р-п транзистора.

При изготовлении устройств, в которых требуется эпитаксиальный слой достаточно большой толщины, время, необходимое для проведения изолирующей диффузии, может оказаться чрезмерно велико. Такой длительный цикл диффузии может оказать влияние на окончательные характеристики устройства. В особенности это обусловлено процессом диффузии из заглублен-

ного слоя п-тша внутрь эпитаксиального слоя. Для исключения столь длительного этапа диффузии при повышенной температуре мож- \ но осуществлять диффузию изолирующих стенок одновременно с двух сторон эпитаксиального слоя. Такой способ обычно называют способом двойной диффузии изолирующих стенок. Он осуществляется путем предварительного селективного осаждения слоя примеси р-типа под эпитаксиальный слой. Затем во время проведения цикла изолирующей диффузии две области р-типа диффундируют навстречу одна другой и смыкаются внутри эпитаксиального слоя, образуя изолирую-щ-уго стенку. Метод двойной изолирующей диффузии позволяет снизить время проведения процесса приблизительно на 75%. Однако при этом требуются дополнительные этапы маскирования и предварительного осаждения примеси р-типа, которые не нужны при обычной изолирующей диффузии. Поэтому применение метода двойной изолирующей диффузии обычно ограничивается некоторыми специальными случая.ми, такими, как, например, одновременное изготовление п-р-п биполярного транзистора и полевого транзистора. Эти вопросы рассматриваются в гл. 2.

Диэлектрическая изоляция

Иногда паразитная емкость р-п перехода и токи утечки, неизбежные при диодной изоляции, ограничивают применение этого метода. В таких случаях хорошие

База Эмитжр Sipz


. : Поликрисгпалшчвский кремний \-

Рис. 1-14. Структура диэлектрической изоляции области с транзистором.



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [ 6 ] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84]

0.0009