Технология изготовления n-p-n интегрального транзистора с комбинированной изоляцией для скоростных интегральных схем

К скоростным интегральным схемам предъявляется требование наибольшей плотности упаковки. Исходя из этого, технология изготовления таких ИС имеет следующие особенности.

Берут высокоомную подложку кремния (p^-) - типа с концентрацией примеси N_А< 10¹⁵см^-3 (то есть не менее 8N), и на ней через маску из SiO₂ формируют скрытые слои из (n+)-Si. Первая литография проводится для изготовления скрытых слоев.

Далее маску из SiO₂ стравливают и формируют маску из Si₃N₄, предварительно вырастив эпитаксиальный слой n-Si толщиной порядка 3 мкм.

Сквозь эту защитную маску Si₃N₄ незащищенные участки протравливаются ионно-плазменным травлением на толщину примерно половины толщины эпитаксиального n-Si.

Далее на эту структуру накладывают съемную маску из металла, которая закрывает протравленную ямку на против скрытого слоя, оставляя открытыми канавки по периметру скрытого слоя. В этих канавках проводят легирование бором для создания, так называемых, противоканальных областей. p⁺- типа. Они в дальнейшем служат изоляцией между скрытыми слоями.

Эти p⁺- типа области далее будут предотвращать возможность образования каналов инверсной проводимости в областях между скрытыми слоями соседних транзисторов. Образование таких каналов инверсной проводимости возможно если между скрытыми слоями располагается слабо легированный кремний подложки.

За тем съемную маску удаляют, и через защитную маску Si₃N₄ проводят локальное (по канавкам) окисление эпитаксиального слоя до глубины скрытых слоев. Слой окиси при окислении растет как вниз, так и вверх, заполняя всю глубину канавки, восстанавливая почти плоскую поверхность пластины. Нижняя граница SiO₂ попадает в скрытый слой.

О причинах образовании каналов инверсной проводимости между скрытыми слоями, в случае если между ними расположен слабо легированный кремний. На границе SiO₂ с Si всегда существует положительный поверхностный заряд. Он появляется в связи с образованием вакансий кислорода в SiО₂, которые проявляют себя как положительные заряды (положительно заряженные дефекты). А подложка почти не легирована, Si (8 ¸ 9)N, и поскольку концентрация p - типа примеси в подложке очень низкая, то в присутствии положительного поверхностного заряда в SiO₂, в приповерхностном слое кремния (p^-) - типа происходит смена типа проводимости. В результате этой инверсии проводимости нарушается изоляция между соседними скрытыми слоями. Если же на границе SiО₂ – Si, последний сильно легирован, то инверсии проводимости не происходит.

После этого процесса удаляют Si₃N₄ и проводят очередную фотолитографию, создают в окиси кремния окна для проведения базовой диффузии. Базовый слой легируется примесью p-типа (самосовмещающаяся технология).

Две следующих фотолитографии проводится для создания масок из SiO₂, сквозь которые (по очереди) проводится создание активной области базы, и слоёв эмиттера и коллектора.

Сквозь маску в поверхностный слой вводят очень высокую концентрацию примеси: в область эмиттера и коллектора – n⁺, а в область базы – p⁺. Причем эти поверхностные слои (кроме основного предназначения) выполняют функцию проводников первого уровня.

Чтобы уменьшить их сопротивление, наносят на эти сильнолегированные слои силициды вольфрама или молибдена. Затем всю поверхность запыляют SiO₂, создавая изолирующий слой между первым и вторым уровнями соединительных проводников.

Так как это технология самосовмещения, то плотность упаковки можно сильно увеличить.