25.1 Изготовление полупроводниковых биполярных имс с изоляцией р-п переходом.

Для изготовления ИМС на биполярных транзисторных структурах, изолированных р-n-переходами, в зависимости от способа формирования изолирующих областей наибольшее распространение получили следующие типовые технологические процессы:

• стандартная планарно-эпитаксиальная технология с использованием разделительной диффузии;

• КИД-технология, основанная на коллекторной изолирующей диффузии;

• БИД-технология, основанная на базовой изолирующей диффузии;

• технология на основе трех фотошаблонов;

• технология на основе двойной диффузии и др.

Рассмотрим последовательность технологических операций на примере формирования кристаллов ИМС, содержащих транзистор, диод, резистор и конденсатор, с помощью различных типовых процессов. В качестве исходной могут использоваться любые кремниевые пластины: с эпитаксиальным слоем или без него, со скрытым слоем или без него. Рассмотрим наиболее общий случай, когда используются пластины кремния р-типа.

Стандартная планарная эпитоксиальная технология с использование раздельной диффузии.

Сущность этой технологии состоит в том, что транзисторные структуры формируют локальной диффузией в эпитаксиальном слое n-типа, нанесенном на пластину р-типа,

25.2 Изготовление полупроводниковых биполярных имс с изоляцией р-п переходом.

а изолирующие области создают путем проведения разделительной диффузии на всю глубину эпитаксиального слоя.

Вначале составляют партию пластин с одинаковыми геометрическими размерами и заданным удельным сопротивлением, обычно состоящую из 10—20 шт. В отечест. промышленности используют пластины кремния диаметром 60—102 мм и толщиной 0,2— 0,4 мм. Пластины подвергают очистке путем химической обработки поверхности с последующим ее травлением и промывкой в деионизованной или дистиллированной воде (этот процесс повторяют перед каждой последующей операцией). Затем осуществляют процесс окисления поверхности пластин (создание маскирующего оксида) в однозонной диффузионной печи в атмосфере сухого или влажного кислорода или паров воды при температуре ~ 1150°С.

Первую фотолитографию проводят для вскрытия окон в слое маскирующего оксида кремния. Через окна в оксиде в две стадии на глубину 1—2 мкм проводят диффузию сурьмы или мышьяка, в результате формируется хорошо проводящая n+ -область под коллектором будущего транзистора. После этого удаляют оксид кремния со всей поверхности пластин, очищают пластины и осуществляют эпитаксиальное наращивание слоя кремния n-типа. Для эпитаксиального наращивания используют хлоридный метод в эпитаксиальных вертикальных реакторах при температуре ~1200°С. При этом получают слои кремния толщиной 8—10 мкм. Затем на

25.3 Изготовление полупроводниковых биполярных имс с изоляцией р-п переходом.

поверхности пластины с эпитаксиальным слоем повторным термическим окислением создают слой оксида толщиной 0,5—1 мкм. С помощью процесса второй фотолитографии с определенных участков поверхности пластины селективно удаляют слой оксида — формируют окна в маскирующем слое под разделительную диффузию. В тех участках, с которых был удален слой оксида, путем разделительной диффузии бора в две стадии формируют изолирующие области р-типа. Тем самым создают коллекторные области n-типа, изолированные областями р-типа.

Для создания базовых областей транзисторов, резисторов и диодов в изолированные области n-типа проводят диффузию акцепторных примесей. Для этого в оксидном слое путем третьей фотолитографии создают окна с размерами, необходимыми для реализация элементов с требуемыми номиналами. Базовую диффузию проводят в две стадии. В качестве примеси используют бор.

Первая стадия (загонка) осуществляется при температуре 900— 1000°С (в зависимости от применяемого источника диффузанта) и начинается в среде аргона и кислорода, а заканчивается в инертной среде — подается один аргон без диффузанта. Вторая стадия (разгонка) проводится при более высокой температуре (1150°С) в окислительной среде, в результате чего происходит перераспределение бора на определенную глубину. При этом создаются базовые области глубиной 2,5—3,5 мкм с удельным поверхностным