Интегрированные устройства радиоэлектроники

Министерство образования и науки Российской Федерации

___________________________________________

Пензенский государственный университет

по дисциплине: «Интегрированные устройства радиоэлектроники»

Пенза 2009 год

Вопрос 2.

В чём заключается процесс термического окисления и с какой целью он проводится?

Вопрос 3.

Что собой представляют изолирующие области изопланарного транзистора и каким способом их создают?

Вопрос 1.

Гибридная микросхема содержит пять транзисторных сборок по три транзистора в каждой и один бескорпусной транзистор. Сколько элементов и сколько компонентов содержит такая микросхема?

Интегральная микросхема (микросхема) - это микроэлектронное изделие, выполняющая определенную функцию преобразования, обработки сигнала и (или) накопление информации и имеющая высокую плотность упаковки электрически соединенных элементов (или элементов и компонентов), которая с точки зрения требования к испытаниям, приёмки, поставки и эксплуатации, рассматривается как единое целое.

Элемент - это часть микросхемы, реализующая функцию электрорадиоэлемента, которая не может быть выделена как самостоятельное изделие, под электрорадиоэлементом понимают транзистор, диод, резистор, конденсатор и т.п.

Элементы могут выполнять и более сложные функции, например- логические (логические элементы) или запоминание информации (элементы памяти).

Компонент - это часть микросхемы, реализкющая функцию какого-либо электрорадиоэлемента, которая может быть выделена как самостоятельное изделие.

Компоненты - устанавливаются на подложке микросхемы при выполнении сборочно-монтажных операций. К простым компонентам относятся бескорпусные диоды и транзисторы, специальные типы конденсаторов, малогаборитные катушки индуктивности и другие.

Если микросхема содержит пять транзисторных сборок по три транзистора в каждом, то следовательно пять умножаем на три, получаем пятнадцать элементов.

Мы знаем, что транзисторная сборка - это компонент. У нас пять транзисторных сборок, значит пять компонентов.

Бескорпусной транзистор это и есть один компонент, следовательно пять плюс один, получаем шесть компонентов.

Ответ: гибридная микросхема, содержащая пять транзисторных сборок по три транзистора в каждом и один бескорпусной транзистор имеет 15 элементов и 6 компонентов.

Термическое (высокотемпературное) окисление позволяет получить на поверхности кремневых пластин плёнку диоксида кремния SiO2. Окислением выполняется в эпитаксиальных или диффузионных установках, пропуская над поверхностью пластины кислород, водяной пар или их смесь (влажный кислород) при температуре Т= 1000…1300 оС.

Плёнка SiO2 прозрачна и имеет блестящую стеклянную поверхность и при толщине в десячтые доли мкм, кажется окрашенный в следствии интерференции света отраженного от её поверхности и поверхности кремния, по этой окраске можно приблизительно определить её толщину.

Диэлектрическая проницаемость SiO2 составляет 0,3 пф/см, а электрическая прочность 600 В/мкм. В плёнке SiO2 в близи границы раздела с кремнием существует положительный заряд, образованный ионами Si, он называется - фиксированный поверхностный заряд.

Слой SiO2 защищает поверхность кремния от проникновения посторонних химических веществ и влаги.

Основное назначение плёнок двуокиси кремния (SiO2) в планарной технологии ИС состоит в их маскирующих и защитных функциях. Поскольку плёнки SiO2 располагаются непосредственно на поверхности кремния, для их создания можно использовать метод реактивной диффузии в кремний кислорода или паров воды. В результате этой диффузии, проводимой при высоких температурах, и химических реакций окисления на поверхности кремния образуется плёнка SiO2. Метод получил название термического окисления кремния.

Скорость окисления соответствует двум законам: линейному для более тонких плёнок и параболическому для толстых плёнок.

Толстые окисные пленки получают, как правило, во влажной атмосфере при повышенном давлении. По своим свойствам они более пористые, имеют меньшие значения напряженности пробоя. Такие пленки используются в биполярной технологии для создания окисной изоляции и в МОП технологии - для выращивания толстых изолирующих слоев. Верхний предел по толщине для термического окисления составляет 1-2 мкм. Пленку такой толщины получают при давлении 2*106 Па при окислении в парах воды и температуре 900 єС в течение 1 - 2 часов.

Основными контролируемыми параметрами пленок являются: коэффициент преломления, химический состав пленки, пористость, плотность, скорость травления, напряженность поля пробоя.

Характеристиками плёнок SiO2 являются: удельное сопротивление, напряжённость поля пробоя (электрическая прочность). Маскирующие свойства определяются коэффициентом диффузии основных донорных и акцепторных примесей в SiO2 и Si.

Толщину плёнок SiO2 обычно определяют цветовым методом. При освещении пластины кремния с плёнкой SiO2 на поверхности равномерным нормально падающим белым светом окраска плёнки создаётся той частью спектра излучения, которая не ослабляется при интерференции.

Процесс термического окисления включает в себя диффузию окислителя из газовой среды к поверхности подложки - поток F1, диффузию окислителя через уже выросший слой SiO2 - поток F2 - и химическую реакцию на границе раздела SiO2-Si - поток F3. В стационарном состоянии обеспечивается равенство этих потоков.

Основными методом изоляции элемента современных биполярных микросхем является - метод комбинированной изоляции, сочетающий изоляцию диэлектриком (диоксидом кремния) и р-n - переходом, смещенном в обратном направлении.

а--исходная пластина; б--стравливание окисла, подготовка поверхности; в--эпитаксиальное наращивание n-слоя, окисление поверхности; г--вскрытие окон в окисле под изолирующую (разделительную) диффузию примеси; д -- диффузия акцепторной примеси, окисление поверхности; е -- готовая структура после формирования диффузионных базовых и эмиттерных областей, а также получения межсоединений.

Чтобы получить простейшую эпитаксиально-планарную структуру, в качестве исходной заготовки используют монокристаллическую пластину кремния, равномерно легированную акцепторной примесью. Для нанесения эпитаксиального слоя на одну из сторон пластины ее освобождают от окисла и тщательно очищают (рис.1), после чего проводят осаждение монокристаллического слоя кремния n-типа. Далее поверхность пластины окисляют и методом фотолитографии вскрывают окна в виде узких замкнутых дорожек, соответствующих контуру коллекторных и изолирующих областей ПМС. Проводя через окна диффузию акцепторной примеси до смыкания ее с р-областью, получают таким образом изолированные друг от друга островки равномерно легированного эпитаксиального n-кремния. Рассмотренный процесс диффузии называют изолирующей или разделительной диффузией. В полученной на данной стадии заготовке (рис.1,д) в дальнейшем формируют базовые и эмиттерные области (диффузионным методом), а также контакты и межсоединения.

Последовательность формирования изолированных областей в изопланарной структуре:

На рис.2,е представлена изопланарная структура транзистора, в которой донная часть 2 коллектора изолирована от монокристаллической пластины р-n-переходом, а боковая 1-- толстым слоем окисла, полученным сквозным локальным окислением эпитаксиального слоя.

Начальные стадии процесса получения изопланарной структуры следующие (рис.2). На поверхность пластины, содержащей эпитаксиальные n+- и n-слои, осаждают (из газовой фазы) слой нитрида кремния Si3N4. Методом фотолитографии в этом слое образуют защитную маску с окнами по контуру коллекторных областей. В процессе окисления нитридная маска сохраняется. Затем ее стравливают и всю поверхность окисляют. Далее проводят диффузию для формирования базы и эмиттера, формируют контактные окна и межсоединения.