Файл: Кремниевые планарные транзисторы..pdf

меняемых материалов и химических реактивов. Он заключается в систематической проверке используемого кремния (удельное сопро­ тивление и толщина), а также всех применяемых химических реак­ тивов на соответствие техническим условиям.

При рассмотрении процессов окисления, диффузии и фотоли­ тографии мы отмечали, что немаловажным условием получения со­ вершенных планарных структур с высоким выходом годных являет­ ся отсутствие неконтролируемых загрязнений, которые могут при­ вести к образованию дефектов в планарных структурах. В связи с этим важным видом контроля, которым ни в коем случае нельзя пре­ небрегать, является общий контроль чистоты и производственной дисциплины всего технологического цикла изготовления планарных транзисторов.

Узловыми моментами такого контроля является контроль за­ пыленности среды, в которой находятся кремниевые пластины при хранении и передаче с одной операции на другую, контроль за со­ стоянием применяемой технологической оснастки, контроль марш­ рута и графика движения рабочих партий и др.

Во избежание случайного брака, появившегося на какой-либо операции, проводят промежуточный контроль отдельных параметров структур после основных операций. Этот вид контроля состоит в оценке пробивных напряжений коллекторного р-п перехода после второй фотолитографии и в оценке коэффициента усиления струк­ тур после диффузии эмиттерной примеси и снятия окисла под кон­ такты на третьей фотолитографии.

Оценка проводится на зондовой установке. По выбранной мето­ дике проверяется, как правило, 100% пластин, при этом замеряют не менее десяти структур в разных местах пластины. Оценка пробив­ ных напряжений может быть заменена измерением обратных то­ ков при рабочих напряжениях. Коэффициент усиления £?с т обычно измеряют в режимах, при которых еще не наблюдается его спад при больших токах. Эти режимы могут отличаться от режимов, предусмотренных техническими условиями на прибор.

Полезно также перед маркировкой готовых структур еще раз выборочно проконтролировать пробивные напряжения и коэффи­ циент усиления структур на пластине после создания металлизиро­ ванных контактных площадок. Режимы измерений в этом случае могут быть для маломощных приборов близки к техническим условиям.

1.8.Проблемы и перспективы планарной технологии

Планарная технология к настоящему времени является наиболее распространенной и универсальной. С помощью планарной техно­ логии на кремнии можно получить, как уже отмечалось, практичес­ ки любой прибор вплоть до сложных интегральных схем,содержа­ щих сотни и тысячи элементов в одном кристалле. Преимущество планарной технологии по сравнению с технологией сплавных и

38

меза-диффузионных приборов очевидно, однако и она не лишена недостатков. Одним из них является подверженность планарных структур дефектам статистического характера. Если при изготовле­ нии маломощных транзисторов с размерами активных областей порядка ЮОмкмпри плотности дефектов 0,5—1 м м - 2 выход годных приборов достигает 80%, то при изготовлении мощных и особенно мощных СВЧ транзисторов, а также интегральных схем с большой степенью интеграции в тех же условиях выход получается на одиндва порядка меньше.

Растущие требования к параметрам транзисторов специально­ го назначения, а также все большая сложность интегральных схем выдвигают перед технологами задачи по реализации микронных и субмикронных размеров активных областей планарных структур. В этих условиях приходится заменять окисную маскировку нитридной, разрабатывать методы пассивации, применять специальные приемы фотолитографической обработки.

С увеличением степени интеграции твердых схем, а также с уве­ личением мощности и частоты планарных транзисторов резко повы­ шаются требования к надежности планарных структур. Это диктует необходимость разработки и применения в планарной технологии новых, более совершенных методов пассивации активных элементов приборов. Наконец, ведутся работы по устранению некоторых недо­ статков планарной технологии по сравнению с меза-диффузионной. В мезаструктурах р-п переход расположен геометрически выгоднее, чем в планарных, поскольку он плоский, не искривлен по пери­ ферии и имеет поэтому более высокие пробивные напряжения. В последнее время появились варианты технологии (LOCOS [61), сочетающие в себе преимущества как планарной, так и меза-диф­ фузионной технологии.

Кроме того, совершенствуются также отдельные операции: раз­ рабатывается методика получения чистой поверхности пластин в кислородной плазме, совершенствуется диффузия, автоматизиру­ ются сборочные и контрольно-испытательные операции технологи­ ческого процесса производства планарных транзисторов.

Рассмотрим в заключение перспективы дальнейшего развития планарной технологии. В области создания окисных масок перспек­ тивным является применение наряду с более совершенными окисными масками масок из нитрида кремния и металлов. С помощью нитрида кремния можно создать маску для проведения локальной диффузии из более широкого набора диффузантов [7]. Это дает воз­ можность применять при необходимости не только бор и фосфор, но и, например, галлий, мышьяк, сурьму и другие примеси, что иногда более целесообразно при разработке специальных приборов и ин­ тегральных схем. Более тонкие слои нитрида кремния 500—1000 А, применяемые для маскировки, способствуют увеличению разре­ шающей способности фотолитографических процессов, что облегча­ ет задачу получения структур микронных и субмикронных разме-

39

ров. Нитрид кремния удобен также и тем, что с помощью анодирова­ ния он легко переводится в окись кремния. Это может быть также успешно использовано в ряде случаев, например, в структурах, где требуется особенно точное совмещение активных областей с контакт­ ными окнами. Специальные методы диффузии из поверхностного ис­ точника позволяют применять маски из тугоплавких металлов, что также облегчает задачу получения структур малых размеров и в не­ которых случаях оказывается более технологичным.

В фотолитографии разрабатываются и используются новые типы фоторезистов, обладающие высокой разрешающей способностью и повышенной кислотостойкостью по отношению к окисным плен­ кам кремния, примесно-силикатным стеклам, металлам, применяе­ мым в планарной технологии. Для более точного совмещения фото­ шаблонов с пластинами удобно применять позитивные фоторезис­ ты, чередуя их на отдельных фотолитографических операциях с не­ гативными; это способствует также реализации малых размеров структур и снижает влияние отдельных дефектов.

Перспективно применение проекционной фотолитографии, осо­ бенно для приборов с рабочими областями порядка нескольких мик­ рон. Проекционная фотолитография резко уменьшает дефектность планарных структур, что особенно важно в технологии изготовления планарных структур большой площади.

Совершенствуется также оборудование для фотолитографии. Создаются установки для нанесения фоторезиста методом разбрыз­ гивания (пульверизации), которые позволяют получать более ка­ чественные светочувствительные слои. Увеличивается точность сов­ мещения, разрабатываются полуавтоматические системы совмеще­ ния. Все большее распространение получают линии фотолитогра­ фии, автоматически, без вмешательства оператора, выполняющие большинство фотолитографических операций.

Локальная диффузия пополняется новой методикой. Разрабо­ таны процессы высокоточной диффузии с применением различных диффузантов. Осваивается диффузия и легированного окисла, поз­ воляющая в значительной мере расширить возможности разработ­ чика при создании локальных слоев в широком диапазоне концент­ раций легирующей примеси.

Планарная технология берет на вооружение технику ионного легирования, при использовании которой можно создавать локаль­ ные диффузионные слои практически с любым желаемым распреде­ лением примесей.

Применяется все более совершенное оборудование, позволяющее выдерживать температуру диффузии с точностью до долей градуса в рабочих зонах порядка нескольких десятков сантиметров. Газо­ распределительные системы задают потоки с точностью до единиц миллилитров в час, что в значительной мере способствует повыше­ нию воспроизводимости результатов диффузии. В настоящее время достигнута воспроизводимость диффузионных слоев не хуже 10%

40

по поверхностному сопротивлению, в ближайшее время эта цифра значительно уменьшится.

Разрабатываются методы дополнительной пассивации готовых планарных структур на пластине, отвечающие требованиям по­ вышения надежности. Применяется многослойная пассивация типа

пластмассовые корпуса для планарных приборов, выпускаются бескорпусные приборы для применения в гибридных схемах. На­ конец, появляются новые технологические направления, сочетаю­ щие преимущества различных технологических схем. Примерами могут служить LOCOS и SIMTOP-технология [8]. LOCOS (Local Oxidation of Silicon — локальное окисление кремния) предполагает локальное окисление кремния на большую глубину или предвари­ тельное подтравливание кремния для исключения влияния пери-

\ П 1

5)

P

n ]

Рис. 1.16. Схема изготовления диода по SIMTOP-технологии:

41