Планарная технология

планарный процесс (англ. Planar, от лат. Planus — плоский, ровный), первоначально — совокупность технологических операций, проводимых для получения полупроводниковых (ПП) приборов с электронно-дырочными переходами (См. Электронно-дырочный переход), границы которых выходят на одну и ту же плоскую поверхность ПП пластины и находятся под слоем защитного диэлектрического покрытия. В современном, более широком смысле — совокупность технологических операций, проводимых для получения практически любых ПП приборов и интегральных схем (См. Интегральная схема), в том числе и таких, у которых границы электронно-дырочных переходов не выходят на одну плоскую поверхность. Термины «П. Т.» и «планарный прибор» появились в 1959, когда американской фирмой «Фэрчайлд» (Fairchild) были созданы первые планарные кремниевые транзисторы.

Основные технологические операции при изготовлении классического планарного кремниевого транзистора с n—p—n-переходами выполняются в следующей последовательности. На отшлифованной, а затем отполированной, тщательно очищенной плоской поверхности пластины из монокристаллического кремния с электропроводностью n-типа (рис., а) термическим окислением в сухом или влажном кислороде создают слой двуокиси кремния (SiO2) толщиной от нескольких десятых до 1,0—1,5 мкм (рис., б). Далее производят фотолитографическую обработку этого слоя (см. Фотолитография). На окисленную поверхность кремния наносят слой Фоторезиста, чувствительного к ультрафиолетовому излучению. Пластину с высушенным слоем фоторезиста помещают под шаблон — стеклянную пластину с рисунком, в заданных местах прозрачным для ультрафиолетового излучения.

После обработки излучением фоторезист в тех местах, под которыми должен сохраняться слой SiO2, полимеризуют (задубливают), с остальной части пластины фоторезист снимают и удаляют травлением обнажившийся слой SiO2, после чего снимают оставшийся фоторезист (рис., в). Затем в участки, где нет плёнки окисла, проводят диффузию (См. Диффузия) бора (акцепторной примеси) для создания в материале исходной пластины (коллекторная область) базовой области с электропроводностью р-типа. Т. К. Диффузия одновременно идёт и перпендикулярно поверхности пластины, и параллельно ей, т. Е. Под края окисной плёнки, то границы электронно-дырочного перехода между коллекторной и базовой областями, выходящие на поверхность пластины, оказываются закрытыми слоем SiO2 (рис., г).

После проведения диффузии бора (или одновременно) поверхность пластины повторно подвергают окислению и повторно производят фотолитографическую обработку (рис., д) с целью создания эмиттерной области с электропроводностью n-типа диффузией фосфора (донорной примеси) в заданные участки базовой области. При этом границы электронно-дырочных переходов между эмиттерной и базовой областями оказываются также закрытыми слоем SiO2 (рис., е). После диффузии доноров или одновременно с ней проводят третье окисление и над эмиттерной областью создают слой чистой SiO2 или фосфорно-силикатного стекла. Затем производят последнюю фотолитографическую обработку и вытравливают над эмиттерной и базовой областями в плёнке окисла отверстия для контактов к этим областям (рис., ж).

Контакты создают нанесением тонкой металлической плёнки (обычно Al. Рис., з). Контакт к коллекторной области осуществляют путём металлизации нижней поверхности исходной пластины. Пластину кремния разрезают на отдельные кристаллы, каждый из которых имеет транзисторную структуру. Наконец, каждый кристалл помещают в корпус и герметизируют последний. По мере своего развития П. Т. Включила в себя ряд новых процессов. В качестве материала защитных плёнок используют не только SiO2, но и нитрид кремния, оксинитрид кремния и др. Вещества. Для их создания применяют пиролиз, реактивное (в кислородной среде) распыление кремния и др. Процессы. Для селективного удаления защитной диэлектрической плёнки, помимо обычной оптической фотолитографии, применяется обработка электронным лучом (т.

Н. Электронолитография). Для легирования кремния, кроме диффузии, используют Ионное внедрение донорных и акцепторных примесей. Получило распространение сочетание методов П. Т. С технологией эпитаксиального выращивания (см. Эпитаксия). В результате такого сочетания создан широкий класс разнообразных планарно-эпитаксиальных ПП приборов. Появилась возможность получать стойкие защитные диэлектрические плёнки не только на кремнии, но и на других ПП материалах. В результате были созданы планарные ПП приборы на основе германия и арсенида галлия. В качестве легирующих примесей в П. Т. Используют не только бор и фосфор, но также др. Элементы третьей и пятой групп периодической системы элементов Д. И. Менделеева. Главное достоинство П.

Т., послужившее причиной её распространения в полупроводниковой электронике (См. Полупроводниковая электроника), заключается в возможности использования её как метода группового изготовления ПП приборов, что повышает производительность труда и процент выхода годных приборов, позволяет уменьшить разброс их параметров. Применение в П. Т. Таких прецизионных процессов, как фотолитография, диффузия, ионное внедрение, даёт возможность очень точно задавать размеры и свойства легируемых областей и в результате получать параметры и их сочетания, недостижимые при др. Методах изготовления ПП приборов. Защитные диэлектрические плёнки, закрывающие выход электронно-дырочных переходов на поверхность ПП материала, позволяют создавать приборы со стабильными характеристиками, мало меняющимися во времени.

Этому способствует также ряд специальных мер. Поверхность пластин перед нанесением защитной плёнки тщательно очищают, при создании защитных плёнок используют особо чистые исходные вещества (например, бидистиллированную воду, которая после последней дистилляции не контактирует с внешней средой) и т.д. Лит. Кремниевые планарные транзисторы, под ред. Я. А. Федотова, М., 1973. Мазель Е. З., Пресс Ф. П., Планарная технология кремниевых приборов, М., 1974. Е. З. Мазель. Стадии изготовления планарного транзистора. А — исходная пластина. Б — после первого окисления. В — после первой фотолитографической обработки. Г — после создания базовой области и второго окисления. Д — после второй фотолитографической обработки. Е — после создания эмиттерной области и третьего окисления.

Ж — после третьей фотолитографической обработки. З — после металлизации. 1 — исходный кремний с электропроводностью n-типа. 2 — маскирующая плёнка двуокиси кремния. 3 — базовая область. 4 — эмиттерная область. 5 — металлическая плёнка (контакты)..