Телефон: +7 (383)-202-16-86

Статья опубликована в рамках: Научного журнала «Студенческий» № 28(72)

Рубрика журнала: Технические науки

Секция: Радиотехника, Электроника

Скачать книгу(-и): скачать журнал

Библиографическое описание:
Томаш Е.А. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ИНТЕГРАЛЬНОГО БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА // Студенческий: электрон. научн. журн. 2019. № 28(72). URL: https://sibac.info/journal/student/72/151410 (дата обращения: 12.12.2019).

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ИНТЕГРАЛЬНОГО БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА

Томаш Елизавета Андреевна

магистрант, Государственный Университет Аэрокосмического Приборостроения,

РФ, г. Санкт-Петербург

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.

Оставить комментарий