|
| |
 |
Электронные компоненты Мануалы Р* Р* ft* . /\ /7 Р* Si /7 Si \ /7 ) р* Р* 77? Г7Л /77!/? л* " /7* р- Si п р- /7 Рис. 8.5. Последовательность операций технологии производства полупроводниковых микросхем на КМДП-транзисторах с алюминиевыми затворами: а - нанесение термическим окислением маскирующей пленки окисла и фотолитография под диффузию акцепторной примеси для формирования р-области будущего дг-канального транзистора, б - формирование р-кармана; в - фотолитография для вскрытия окон под диффузию акцепторной примеси для формирования истока и стока р-канального транзистора; г - формирование истока и стока р-канальных транзисторов; д - фотолитография для вскрыгия окон в области р-кармана хля вскрытия окон в окисной маске под диф- фузию донорной примеси для формиропаиия истока и стока р-канального транзистора; г-формирование истока и стока р-канальиых транзисторов; Л - фотолитография для вскрытия окон в окисной маске под диффузию .юнорнон примеси для формирования истока и стока п-каиа.1Ьного транзистора, е - формирование истока и стока п-канального транзистора; я - фотолитография для вскрытия окон над областями каналов; л - выращивание термическим окислением в сухом кислороде тонкого подзатворного диэлектрика, проведение euie одной фотолитографии ио окислу для вскрытия окон под контакты к истокам и стокам транзисторов, U - нанесение а,1Юминиевой пленки методом термического испарения в вакууме и пропедение фотолитографии для формирования разводки Технология изготовления КМДП-микросхем на диэлектрической подложке. Структура р- и /г-канальных транзисторов на сапфи-; ровой подложке приведена на рис. 8.6. На полированной очищенной поверхности монокристаллической сапфировой (АЬОз) подложки с кристаллографической ориентацией выращивают гетероэпитаксиальный монокристаллический слой кремния с ориентацией (100) толщиной 1...2 мкм. Затем на поверх-
Сап(рироВая подложно Рис. 8.6. Изготовление КМДП-микросхем с алюминиевыми затворами на сапфировое подложке: а - изолированные островки монокристаллического кремния со сформированными областями л- и р-типа б - структуры п и р-канального транзисторов нести эпитаксиального слоя формируют маску из окисла кремния и фоторезиста, с помощью которой проводят локальное селективное травление слоя кремния с целью его разделения на изолированные друг от друга островки. Специальным травлением края островков сглаживаются для того, чтобы проводники разводки не имели резких изломов на ступеньках структуры. Методами диффузии или ионного легирования примесей в локальные области кремниевых островков создают области п- или /з-типа проводимости, отделенные друг от друга вертикальными р-п переходами. На основе этих областей формируют структуры п- или р-канальных транзисторов. Сапфир - очень хороший изолятор, поэтому токи утечки, napaj зитные емкости между областями МДП-транзисторов и подложкой и емкостные связи между соседними транзисторами отсутствуют. Паразитной емкости между проводниками разводки и подложкой также не существует. Эти особенности данного конструктивно-технологического варианта дают существенный выигрыш в параметрах микросхем. Технология «кремний на сапфире» позволяет повысить быстродействие по сравнению с монолитными микросхемами в 3...5 раз, что связано в основном со снижением паразитных емкостей. Малые площади вертикальных р-п переходов обусловливают высокую радиационную стойкость микросхем. Наиболее полно все эти преимущества реализуются при изготовлении БИС. Трудности технологии заключаются в создании надежной разводки из-за сильно развитого поверхностного рельефа структуры, высокой стоимости сапфировых подложек. 8.2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МАРШРУТЫ ПРОИЗВОДСТВА МИКРОСХЕМ НА МДП-ТРАНЗИСТОРАХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОЛИКРЕМНИЕВЫХ ЗАТВОРОВ Использование в качестве материала затвора (вместо алюминия) поликристаллического кремния позволяет получить в МДП-микросхемах структуры с самосовмещенными затворами, снизить пороговое напряжение, уменьшить геометрические размеры приборов и дает возможность создавать на одной подложке МДП и биполярные транзисторы (см. гл. 4). Особенностью технологического процесса является применение пленки поликристаллического кремния толщиной около 0,5 мкм, получаемой, как правило, пиролизом силана (рис. 8.7, рис. 8.8, е). Поликристаллический кремний - в отличие от алюминия - имеет высокие температуры плавления и может выполнять роль маски при диффузии примесей вплоть до температуры 1100 °С. При использовании ППК в качестве затворов и одновременно в качестве маскирующих пленок можно достичь самосовмещения затворов с областя- ми истока и стока путем перестановки технологических операций формирования МДП-структур. Z777\ втата уш.
п J 1 п \ n J I л J Рис. 8.7. Последовательность технологических операций при производстве п-канальных 1 МДП-микросхем с поликремниевыми затворами: а - окисление кремниевой пластины д-типа; б - фотолитография для снятия окисла со всей поверхности пластины, кроме локальнь[Х областей будущих транзисторов; в - ионное внедрение бора во вскрытие! области для снижения вероятности формирования инверсионных паразитных транзисторов с последующим! повторным окисле[!ием; г - фотолитография для вскрытия окон под области .ЧДП-транзистора и лиффу- знойных шин; д - формирование подзатворного диэлектрика окислением в сухом кислороде; е - нанесение пленки поликристаллического кремния из газовой фазы; ж; - повышение проводимости пленки поликристаллнческого кремния путем диффузионного легирования фосфором, формирование кремниевых затво-i ров и шин методом фотолитографии; з - ионное легирование фосфором областей стока, истока с после-i дующим окислением и одновременной разгонкой фосфора; и - нанесение межслойной изоляции (пленки! ФСС или окисла кремния); к - фотолитография для вскрытия окон под контакты к областям стока, истока,! кремниевым затворам и шинам; л - напыление пленки алюминия и фотолитография для формирования рисунка металлической разводки и контактных площадок Методом фотолитографии из ППК формируют шины затвора i шириной 3...5 мкм и проводники первого (если не считать! диффузионных шин) слоя межэлементных соединений. Диффузия J примесей, проводимая после формирования дорожек из ППК (рис! 8.7, з; 8.8, з), приводит к формированию областей истоков и стоков и \ одновременно к легированию ППК, что снижает его поверхностное сопротивление. Шины затвора из ППК защищают при диф-j фузии области каналов от проникновения акцепторной примеси, бла-j годаря чему области истока и стока автоматически совмещаются! с затвором и обеспечивается перекрытие затвором- этих областей] 2- >кЩ
  1---1 [ullji] 1] " Т Л7J г I пА I П*  Рис. 8.8. Последовательность технологических операций при производстве КМДП-микросхем с поликремниевыми затворами: а - окисление кремниевой пластины р-типа; 6 - фотолитография для вскрытия окон под диффузию примеси р-типа и формирования областей размещения п-канальных транзисторов; в - ионное вредрение бора во вскрытие об.части. окисление и одновременная разгонка бора; г - фотолитография для вскрытия окон под области п-канальных транзисторов, диффузионных шин и охранных колец; d - формирование подзатворного окисла кремния; е - нанесение пленки поликристаллического кремния и фотолитография по поликристаллическому кремнию для формирования кремниевых затворов и шин; ж - фотолитография для вскрытия окон Ho.i легирование областей стоков, истоков р-канальных транзисторов, р-щни и охранных р-колец и проведение загонки бора иоипым легированием; фотолитография для вскрытия окон под легирование областей стоков, истоков «-канальнЬХ транзисторов. п-п1ип и п-охранных колец и проведение загонки фосфора ионным легированием; з - окисление и одновременная разгонка примесей в ионно-легированных слоях; ы - нанесение фосфоросиликатного стекла (межслойная изоляция); к - вскрытие окон под контакты методом фотолитографии; л ~ напыление алюминия и фотолитография для формирования металлических проводящих дорожек, перемычек на затворы и контактных площадок менее 1 мкм. После осаждения защитного и изолирующего слоев (рис. 8.7, и; рис. 8.8, и) формируют второй уровень разводки (рис. 8.7, л; рис. 8.8, л) из алюминия. Перечень основных операций технологического маршрута изготовления МДП-микросхем с поликремниевыми затворами и охранными кольцами приведен ниже. Технология производства МДП-микросхем с поликремниевыми затворами является наиболее перспективной для массового производства быстродействующих БИС и СБИС. Дальнейшее развитие технологии МДП-микросхем идет в направлении использования новых перспективных материалов для создания многослойных (до 10 слоев) пленочных структур поверх полупроводникового материала. ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ ОПЕРАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МДП-МИКРОСХЕМ С ПОЛИКРЕМНИЕВЫМИ ЗАТВОРАМИ И п+ И р + -ОХРАННЫМИ КОЛЬЦАМИ 1. Формирование партии пластин кремния КЭФ-4,5 с ориентацией (100). 2. Кистевая мойка (0,05% раствор синтанола). 3. Химическая очистка (состав растворителя H2S04-I-H202-4-NH40H). 4. Термическое окисление с ft,sio, = 0.72±0,05. 5. Кистевая мойка в воде и инфракрасная (ИК) сушка. 6. Нанесение фоторезиста и ИК-сушка. 7. Первое совмещение и экспонирование. 9. Проявление фоторезиста и ИК-сушка. 9. Контроль копии. 10. Плазмохимическое травление (зачистка), 30...60 с. 11. Задубливание фоторезиста. 12. Травление Si02 (контрольный образец). 13. Травление ЗЮг (партия пластин). 14. Снятие фоторезиста (состав растворителя H2S04-)-H202 - раствор КАРО). 15. 100 %-й контроль чистоты поверхности. 16. 10%-й контроль травления. 17. Химическая очистка (раствор KAPO-)-H202-bNH40H). 18. Ионное легирование бором (формирование р-кармана). 19. Химическая очистка (KAPO-I-H2O2-I-NH4OH). 20. Разгонка бора в р-кармане. 21. Стравливание Si02. 22. Кистевая мойка (0,05 %-й раствор синтанола). 23. Химическая очистка (KAPO--H202-bNH40H). 24. Термическое окисление {hQ =0,05 мкм). 25. Кистевая мойка, если интервал между 24 и 26 операциями более 1 ч. 26. Осаждение нитрида кремния ftsisNjO, мкм. 27. Контроль качества нитрида кремния. 28. Кистевая мойка (вода). 29. 100 %-й контроль нитрида кремния. 30. Кистевая мойка (вода) и ЙК-сушка. 31. Нанесение фоторезиста и ИК-сушка. 32. Второе совмещение и экспонирование. 33. Проявление фоторезиста и ИК-сушка. 34. Контроль копии. 35. Плазмохимическое травление нитрида кремния. 36. 100 %-й контроль травления. 37. Снятие фоторезиста (раствор КАРО). 38. 100 %-ный контроль чистоты. 39. 10%-ный контроль травления. 40. Химическая очис?ка (KAPO--H202-bNH40H). 41. Ионное легирование фосфором (формирование охранных колец р-канальных транзисторов). 42. Химическая очистка (KAP04-H202-bNH40H). 43. Кистевая мойка (вода) и ИК-сушка. 44. Нанесение фоторезиста и ИК-сушка. 45. Третье совмещение и экспонирование. 46. Проявление фоторезиста и ИК-сушка. 47. Контроль копии. 48. Ионное легирование бором (формирование охранных колец п-канальных транзий торов). 49. Снятие фоторезиста (раствор КАРО). 50. 100 %-ный контроль чистоты. 51. Освежение 1 мин в буферном растворе. 52. Химическая очистка (KAPO-I-H2O2-I-NH4OH). 53. Локальное окисление. 51. Контроль деформации (стрелы прогиба) пластины. 55. Нанесение фоторезиста и ИК-сушка. 56. Задубливание фоторезиста. 57. Травление обратной стороны пластины. 58. Снятие фоторезиста (раствор КАРО). 59. 100 %-ный контроль чистоты. 60. Освежение в буферном растворе 2 мин 30 с. 61. Стравливание нитрида кремния. 62. 100 %-ный контроль травления. 63. Травление подслоя Si02. 64. Контроль толщины фонового толстого слоя (й1,0 мкм). 65. Химическая очистка (KAPO-I-H2O2-I-NH4OH). 66. Предварительное окисление /jsiO2=(0,l±0,01)MKM). 67. Травление предварительно нанесенного окисла (2 мин). 68. Контроль толщины фонового толстого окисла (/15100,9 мкм). 69. Химическая очистка (KAPO-f-H202-bNH40H). 70. Контроль чистоты. 71. Нанесение подзатворного окисла термическим окислением. 72 Освежеиие. если интервал между операциями № 71 и 73 более 7 ч (7 с в буферном растворе HF-f NH4O-Ь Н2О). 73. Выращивание пленки поликремния (rfsi» = (0,6±0,05) мкм). 74. 100 %-ный визуальный контроль ПК. 75. 20 %-ный контроль ПК под микроскопом. 76. Диффузионное легирование ПК фосфором. 77. Снятие фосфоросиликатного стекла, плазмохимическое травление. 78. Кистевая мойка в воде и ИК-сушка. 79. Нанесение фоторезиста и ИК-сушка. 80. Четвертое совмещение и экспонирование. 81. Проявление фоторезиста и ИК-сушка. 82. Контроль копии. 83. Плазмохимическое травление поликремния. 84. 100 %-ный контроль травления. 85. Снятие фоторезиста (раствор КАРО). 86. 100 %-ный контроль чистоты. 87. 10 %-ный контроль травления. 88. Контроль ОТК. 89. Освежеиие пластин в течение 10 с в буферном растворе. 90. Химическая очистка (КАРО-НН202-}-НН40Н). 91. Кистевая мойка в воде и ИК-сушка. 92. Нанесение фоторезиста и ИК-сушка. 93. Пятое совмещение и экспонирование. 94. Проявление фоторезиста и ИК-сушка. 95. Контроль копии. 96. Ионное легирование фосфором (формирование стоков и истоков п-канальных транзисторов) . 97. Снятие фоторезиста плазмохимическим травлением. 98. Снятие фоторезиста (раствор КАРО). 99. 100 %-ный контроль чистоты. 100. Освежение (10 с) в буферном растворе. 101. Химическая очистка (KAPO-I-H2O2+NH4OH). 102. Разгонка фосфора. 103. Контроль параметров п+-слоев. 104. Кистевая мойка в воде и ИК-сушка. 105. Нанесение фоторезиста и ИК-сушка. 106. Шестое совмещение и экспонирование. 107. Проявление фоторезиста и ИК-сушка. 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 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||