ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ИНТЕГРАЛЬНОГО БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА

Биполярные транзисторы представляют собой электронный полупроводниковый прибор , в котором сформированы два p-n-перехода, где в переносе заряда участвуют одновременно и электроны, и дырки. Биполярные используются в основном в электронных устройствах для усиления или генерации электрических колебаний, а также в качестве коммутирующего элемента и усиление слабого сигнала за счет дополнительного источника питания.

Различают две структуры: p-n-p и n-p-n. Для p-n-p-структуры дырки являются основными, а электроны неосновными носителями заряда. Для n-p-n-структуры все в точности наоборот. Условные обозначения n-p-n и p-n-p транзисторов отличаются только направлением стрелочки, обозначающей эмиттер. Она показывает то, как течет ток в данном транзисторе.

Транзистор типа n-p-n-структуры обладает лучшими характеристиками и техника изготовления его более проста.

Промышленность поставляет разработчику ИС готовые пластины кремния, прошедшие механическую и химическую обработку. Поэтому будем считать, что в начале технологического цикла имеется пластина кремния р-типа с отполированной поверхностью, покрытой тонким, естественным слоем окисла.

Этапы технологического процесса:

1. Создание слоя оксида кремния.
2. 1-ая фотолитография, при которой создаются окна в окисле. Образуется скрытый n⁺-слой:
3. 1-я диффузия (создание скрытых n⁺-слоев,); диффузиант - мышьяк или сурьма.
4.  Стравливание окисла со всей поверхности.
5.  Наращивание эпитаксиального п-слоя (при этом скрытый п⁺-слой несколько диффундирует как в подложку, так и в эпитаксиальный слой).
6.  Общее окисление.
7.  2-я фотолитография: создание окон в окисле «под разделительную диффузию».
8.  2-я диффузия (создание разделительных р-слоев и соответственно изолированных п-карманов в эпитаксиальном слое; диффузиант - бор.
9.  3-я фотолитография: создание окон в окисле «под базовую диффузию».
10.  3-я диффузия (создание базовых р-слоев); диффузиант - бор. Диффузия двухстадийная («загонка» и «разгонка»).
11.  4-я фотолитография: создание окон в окисле «под эмиттерную диффузию и омические контакты коллекторов».
12.  4-я диффузия; диффузиант - фосфор. Иногда эта диффузия тоже двухстадийная.
13.  5-я фотолитография: создание окон в окисле «под омические контакты».
14.  Общее напыление алюминия на пластину.
15.  6-я фотолитография: создание окон в фоторезисте «под металлическую разводку».
16.  Травление алюминия через фоторезистную маску, снятие фоторезиста.
17.  Термическая обработка для вжигания алюминия в кремний.

В последнее время промышленность начала выпускать пластины с уже осуществленными эпитаксиальным слоем и скрытым п⁺-слоем. В таком случае первые пять операций отпадают. Диффузия бора на этапе базовой диффузии - двухстадийная («загонка» и «разгонка»).[1, с. 49]

Действительно, для того чтобы коэффициент инжекции эмиттерного перехода составлял не менее 0,999, концентрация примеси в эмиттерном слое должна превышать концентрацию в базовом слое не менее, чем в 100 раз.

Между тем предельные растворимости бора и фосфора при оптимальных температурах различаются всего в 3 раза. Для того чтобы преодолеть это противоречие, нужно понизить приповерхностную концентрацию бора. Это можно сделать несколькими способами.

Можно проводить диффузию бора при столь низкой температуре, при которой его предельная растворимость будет в 100 раз меньше, чем у фосфора; однако тогда коэффициент диффузии уменьшится на несколько порядков и диффузию придется проводить в течение ряда суток или даже недель.

Можно понизить температуру в зоне источника диффузианта и таким образом создать «диффузиантный голод» вблизи поверхности пластины; однако этот процесс трудно контролируется. Таким образом, двухстадийная диффузия оказывается оптимальным решением: во время «разгонки» поверхностную концентрацию легко уменьшить в десятки раз и более.

Температуру «разгонки» делают на 150—200°С больше, чем температура «загонки», чтобы повысить коэффициент диффузии примеси и сократить время процесса. Типичное время «загонки» составляет 20-40 мин (при температуре 1000-1050°С), а «разгонки» - несколько часов (при температуре около 1200°С).[1, с. 71]

Внедрение фосфора на этапе эмиттерной диффузии – это последняя высокотемпературная операция в цикле Длительность операции определяет толщину п⁺-слоя, а значит, и ширину базы транзистора.

В заключение отмечу, что в результате неоднократных операций фотолитографии, окисления и диффузии рельеф окисной пленки перед металлизацией оказывается сложным - многоступенчатым. В ряде случаев это затрудняет получение хорошей адгезии алюминия с поверхностью окисла.

Список литературы:

1. Пасынков В.В., Чиркин Л.К. Полупроводниковые приборы: Учебник для вузов. 6-е изд., стер.- СПб.:Лань6 2002. – 480 c.