Выбираем дозу имплантированных ионов бора Ф = 10 мкКл/см2 и энергию имплантированных ионов ЕИ = 20 кэВ. Профиль распределения примеси после термической диффузии имплантированных ионов описывается следующим выражением:

, (6.1)

глубина залегания p-n-перехода коллектор-база:

, (6.2)

где  [см-3]; NП = NЭС [см-3]. Согласно соотношению (5.3) положим, что N0Б = 5*1019 см-3.

Температуру базовой диффузии выбираем равной 1150 0С. При этом D(1150 0C) = 7*10-13 см2/c.

Определяем время базовой диффузии из выражения (6.2):

Определяем параметры ионной имплантации:

см-2,

С помощью формулы (1.2) найдем дозу облучения

 мкКл/см2.

Профиль распределения примеси в базовом слое описывается следующим выражением:

.

7. Определение режимов эмиттерной диффузии

Эмиттерные области формируются путем диффузии фосфора P. Глубина перехода эмиттер–база определяется на основании следующих значений:

1)                 выбранного нами значения глубины залегания xjКБ = 3 мкм,

2)                 заданного в задании значения ширины активной базы Wa = 0,7 мкм.

Глубина залегания p-n-перехода эмиттер–база определяется выражением:

,  (7.1)

где xjЭБ = xjКБ - Wa = 2,3 мкм.

Определяем параметры второй стадии эмиттерной диффузии. Согласно соотношению (5.3) положим, что N0Э = 5*1019 см-3. Зададим температуру второй стадии диффузии Т2 = 1100 0С. Определяем D2(T2) = 1,7*10-13 см2/с.

С помощью выражения (7.1) определяем длительность второй стадии t2:

Определяем параметры первой стадии диффузии.

Находим

Принимаем N0Э = 103NП = 8,59*1020 см-3.

Известно, что

. (7.2)

Из (7.2) выразим:

Также известно, что . Отсюда находим

.  (7.3)

Задаем температуру первой стадии диффузии Т1 = 1100 0С. При заданной температуре по графикам зависимостей рис. 9.5. и рис. 5.2. [1] определяем

значения коэффициента диффузии и предельной растворимости для фосфора P. Соответственно D1 = 1,7*10-13 см2/с и N01 = 2*1021 см-3.

Из выражения (7.3) найдем длительность первой стадии диффузии t1:

Выражение описывающее профиль распределения фосфора Р в эмиттере имеет следующий вид:

8. Проверка величины размывания скрытого слоя в процессе последующих диффузий

Фактическая глубина диффузии примеси из скрытого слоя в эпитаксиальный слой определяется следующим выражением:

 (8.1)

где  - сумма произведений всех значений коэффициента диффузии сурьмы при температурах: эпитаксии, разделительной, базовой и эмиттерной диффузии (см. табл. 8.1), и времени; N0 – поверхностная концентрация в скрытом слое; NП – концентрация примеси в ЭС; i – индекс, соответствующий процессу термической обработки структур, начиная с эпитаксиального наращивания.

Концентрация N0 определяется по следующей формуле:

, (8.2)

где Q - количество ионов сурьмы Sb+ имплантированных в подложку; Dcctcc - произведение коэффициента диффузии сурьмы и времени, соответствующее формированию СС.

Табл. 8.1

Зависимость коэффициента диффузии сурьмы в кремнии от температуры

Рассчитаем величину расплывания скрытого слоя. Для рассчитанных нами технологических режимов величина

С помощью выражения (8.2) найдем поверхностную концентрацию в СС:

.

По формуле (8.1) найдем

Так как полученное нами значение cc < 3 мкм, значит оставляем толщину эпитаксиального слоя без изменений.

9. Последовательность процессов при производстве ИМС

1)                 Составление партии пластин. Количество пластин в партии 15 – 20 штук. Используются пластины марки ЭКДБ–10 диаметром 100 мм.

Исходный вид структуры

Рис. 9.1.

2)                 Химическая обработка пластин.

3)                 Термическое окисление Si.

Пластина после термического окисления

Рис. 9.2.

4)                 Фотолитография по окислу кремния.

Вид структуры после фотолитографии

Рис. 9.3.

5)                 Имплантация ионов сурьмы. Она выполняется по режимам: Ф = 500 мкКл/см2; Е = 50 кэВ.

Имплантация ионов Sb+

Рис. 9.4.

6)                 Термическая диффузия имплантированных ионов сурьмы Sb+. Проводится при температуре Т = 1220 0С и времени t = 12 ч.

Структура после термической диффузии

Рис. 9.5.

7)                 Травление окисла и химическая обработка пластины.

Травления окисла

Рис. 9.6.

8)                 Наращивание эпитаксиального слоя.

ТЭ = 1150 0С, tЭ = 30,312 мин. Толщина ЭС hЭС6мкм. Удельное сопротивление ЭС = 0,4 Ом*см.

Структура после эпитаксиального наращивания

Рис. 9.7.

9)                 Химическая обработка.

10)             Термическое окисление.

11)             Фотолитография по окислу Si под разделительные дорожки.

Фотолитография под РД

Рис. 9.8.

12)             Химическая обработка.

13)             Термическая диффузия бора В для создания разделительных дорожек.

1 стадия: Т1 = 1150 0С и t1 = 9,08 мин; 2 стадия: Т2 = 1220 0С и t2 = 1,43 ч.

Термическая диффузия бора в РД

Рис. 9.9.

14)             Фотолитография по окислу кремния для создания базовых областей.

Фотолитография под базовые области

Рис. 9.10.

15)             Химическая обработка.

16)             Имплантация ионов бора В проводится по следующим режимам:

Е = 50 кэВ, Ф = 242 мкКл/см2.

17)             Термическая диффузия имплантированных ионов бора В. Проводится при температуре Т = 1150 0С и t = 77,55 мин.

Диффузия бора в область базы

Рис. 9.11.

18)             Фотолитография по окислу под эмиттер.

Фотолитография под эмиттер

Рис. 9.12.

19)             Химическая обработка.

20)             Диффузия фосфора P в область эмиттера.

1 стадия: Т1 = 1100 0С и t1 = 5125,96 с; 2 стадия: Т2 = 1100 0С и t2 = 11261,85 с.

Диффузия фосфора

Рис. 9.13.

21)             Фотолитография под контактные окна.

Фотолитография под контактные окна

Рис. 9.14.

22)             Контроль электрических параметров элементов. Измерения проводятся при помощи зарядовой установки и ПИХЛ22.

23)             Химическая обработка.

24)             Напыление алюминия.

Напыление алюминия

Рис. 9.15.

25)             Фотолитография по алюминию.

Структура эпитаксиального n-p-n-транзистора

Рис. 9.16.

26)             Вплавление алюминия.

ТВПЛ < ТЭВТ Al-Si = 570 0С.

ТВПЛ = 565 0С, t = 3 мин

Заключение

В данном курсовом проекте при заданном напряжении коллектор-база VКБ = 15 В, ширине активной базы Wа = 0,7 мкм рассчитаны параметры структуры транзистора и определены технологические режимы ее изготовления.

Скрытый слой глубиной xjСС=8,49 мкм формируется по стандартным режимам имплантации (Е=50 кэВ, Ф=500 мкКл/см2) и последующей термической диффузии ионов сурьмы (ТСС=1220 0С, tCC=12 ч). Эпитаксиальный слой толщиной hЭС6 мкм и удельным сопротивлением ЭС=0,4 Ом*см наращивается на кремниевую пластину ЭКДБ-10. Параметры эпитаксии: температура ТЭ=1150 0С, скорость наращивания vЭН = 0,2 мкм/мин, длительность эпитаксиального наращивания tЭ=38 мин.

Разделительные дорожки формируются путем диффузии бора с поверхности ЭС вглубь до смыкания с подложкой (глубина залегания xjРD = 7,062 мкм). Разделительная диффузия проводится в два этапа: Т1=1150 0С и t1=9,08 мин, Т2=1220 0С и t2=1,43 ч. Формирование базовой области проводим методом имплантации ионов бора (Е=50 кэВ, Ф=809 мкКл/см2) с последующей термической диффузией имплантированных ионов (Т=1150 0С и t=77,55 мин). Эмиттерные области формируются путем последовательной диффузии фосфора Р (Т1=1100 0С и t1=5125,96 с, Т2=1100 0С и t2=11261,85 с). Величина размывания скрытого слоя в эпитаксиальный слой в процессе термообработки КЭСС равна cc = 0,36 мкм.

Областью применения результатов данного проектирования может являться расчет кремниевых эпитаксиально-планарных транзисторов.

Список использованных источников

1.       Курносов А.И., Юдин В.В. Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. Учеб. пособие для вузов по спец. «Полупроводники и диэлектрики» и «Полупроводниковые приборы». – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1986. – 386 с., ил.

Приложение 1

Страницы: 1, 2