ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Основным материалом, на основе которого изготовляют полупроводниковые ИМС, является кремний, так как на его основе можно получить пленку двуокиси кремния с высокими показателями и сравнительно простыми способами.

Кроме того, следует иметь в виду и другие достоинства кремния по сравнению с германием: большая ширина запрещенной зоны, и, следовательно, меньшее влияние температуры, меньшие обратные токи неосновных носителей заряда; меньшая диэлектрическая проницаемость, следовательно, меньшие барьерные емкости при прочих равных условиях.

Для придания кремнию определенного типа проводимости в кристалл вводят донорные и акцепторные примеси, в результате чего в каждой области Р- или N-кремния имеются основные и неосновные носители заряда. Движение носителей заряда в полупроводниковых структурах ИМС происходит как обычно: либо в виде диффузии за счет разности концентрации носителей заряда, либо в виде дрейфа под действием сил электрического поля. В образующихся PN-переходах происходят обычные явления, описанные ранее.

Основная технология изготовления полупроводниковых ИМС — планарная. Свойства ИМС во многом определяются технологией их создания.

Рассмотрим только некоторые особенности применения планарной технологии при изготовлении ИМС.

Очистка поверхности. Следует иметь в виду, что любые загрязнения поверхности подложки отрицательно скажутся на свойствах ИМС и ее надежности. Необходимо учитывать и то, что размеры элементов ИМС соизмеримы с малейшей пылинкой. Отсюда и необходимость в самой тщательной очистке поверхности. Очистка производится с помощью органических растворителей, для более тщательной очистки применяют ультразвуковые методы, так как вибрация ускоряет растворение загрязняющих примесей. На заключительном этапе пластины кремния отмывают деионизированной водой.

Термическое окисление поверхности. Оно проводится для создания на поверхности пластины защитного слоя, предохраняя поверхность от воздействия окружающей среды в процессе создания ИМС. В ИМС, созданных на основе МДП-транзисторов, полученная путем окисления пленка служит диэлектриком для затвора.

Легирование. Это — введение примесей в чистый кремний для получения переходов с целью создания диодных и транзисторных структур. Есть два способа легирования — с помощью диффузии и внедрением ионов примеси.

В самое последнее время широко используют метод ионного внедрения, благодаря ряду его достоинств, в первую очередь более низким температурам по cравнению с методом диффузии.

Сущность метода заключается во внедрении в пластину чистого кремния примесных ионов, которые занимают места в узлах кристаллической решетки. Ионы примеси создаются, ускоряются, фокусируются и отклоняются в специальных установках и, попадая на поверхность пластины, бомбардируют ее, внедряясь в кристаллическую структуру решетки. Отклонение производится в магнитном поле. Напомним, что радиус отклонения при этом зависит от массы заряженных частиц. Поэтому если в сфокусированном пучке имеются посторонние ионы, они отклонятся по другим траекториям и отделятся от основного пучка донорной или акцепторной примеси. В этом еще одно достоинство данного метода — высокая чистота примесей.

Фотолитография. Позволяет получить заданное расположение элементов и является одним из наиболее характерных технологических процессов создания ИМС. Напомним, что фотолитография основана на использовании светочувствительных свойств особых материалов, называемых фоторезистами.

По мере развития техники ИМС все более существенными становятся недостатки, присущие данному способу: возможности получения минимальных размеров рисунка на фотошаблоне и механический контакт фотошаблона с пластиной полупроводника приводит к искажениям рисунка.

В последнее время разработан метод электронной литографии. В основе его лежит перемещение сфокусированного электронного луча по поверхности пластины, покрытой резистом. Ток луча управляется напряжением, которое меняется в зависимости от того, на каком участке поверхности находится луч. Если требуется получить окно, ток луча максимален, на тех участках, которые должны остаться без изменения, ток луча близок к нулю.

Металлизация для создания внутрисхемных соединений в ИМС. Внутрисхемные соединения в ИМС выполняют с помощью тонких металлических пленок, нанесенных на окисле кремния, который является изолятором. Наиболее соответствующим основным требованиям к соединительному элементу для ИМС оказался алюминий, имеющий большую удельную проводимость, отсутствие коррозии, допускающий возможность сварных контактов с внешними выводами.

Создание нужного рельефа металлических соединений происходит методом фотолитографии. На поверхность окиси кремния наносится сплошная пленка алюминия. Пленку покрывают фоторезистом, над ним располагают фотошаблон, а затем вытравливают алюминий, оставляя только полоски, создающие соответствующие контакты со слоями подложки в ранее сделанных окнах, которые были созданы для получения нужной структуры слоев в ИМС.

Анализ основных операций показывает, что все они сводятся к трем основным — термической обработке, химической обработке и фотолитографии. Создание пленки двуокиси кремния, которая защищает переходы от окружающей среды в процессе создания ИМС, является важным фактором, обеспечивающим стабильность параметров и надежность ИМС.

Изменением рисунка фотошаблона и режима термической обработки можно создавать различные схемы ИМС. Основными структурами для изготовления элементов ИМС являются биполярные и МДП-транзисторы.