"бiполярний" пiдкреслює той факт, що принцип роботи приладу полягає у взаємодiї з електричним полем часток, що мають як позитивний, так i негативний заряд.
За дiапазоном робочих частот їх дiлять на транзистори низьких, середнiх i високих частот, за потужнiстю — на класи транзисторiв малої, середньої та великої потужностi. Транзистори малої потужностi дiлять на шiсть груп: пiдсилювачi низьких i високих частот, малошумнi пiдсилювачi, перемикачi насиченi, ненасиченi та малого струму; транзистори великої потужностi — на три групи: пiдсилювачi, генератори, перемикачi. За технологiчними ознаками розрiзняють сплавнi, сплавно-дифузiйнi, дифузiйно-сплавнi, конверсiйнi, епiтаксiальнi, планарнi, епiтаксiально-планарнi транзистори.
Винахiд вiдноситься до мiкроелектронiки, а саме до технологiї виготовлення ІС високого ступеня iнтеграцiї на бiполярних транзисторах з використанням методiв самозмiщеної технологiї (ССТ). Метод самозмiщеної технологiї (Gigabit Logio Bipolar Technology advanced super sela-aligned Process Technology) [1] дозволяє iстотно зменшити вiдстань мiж електродами до бази та емiтер i в цiлому розмiр транзистора. Разом з тим розмiр емiтера в цьому методi визначається мiнiмальним розмiром на лiтографiї, незначно зменшуючись на товщину бiчного дiелектрика на стiнках вiкна, не дозволяючи отримувати субмiкронними розмiри емiтера. Найбiльш близьким технiчним рiшенням до пропонованого є спосiб виготовлення транзистора (Utilizinc Polysilicon Diffusion sources and special maskinc Techniques) [2], який включає формування в кремнiєвої пiдкладцi першого типу провiдностi прихованих шарiв другого типу провiдностi, формування областей iзоляцiї i глибокого колектора, формування на поверхнi першого плiвки дiелектрика, витравлювання в дiелектрику ока пiд базу, формування перших плiвки полiкремнiя, легованої домiшкою першого типу провiдностi, формування покриття, що включає другого дiелектричну плiвку i плiвку оксиду металу як маски для травлення, розтин у другiй дiелектричної плiвцi вiкон пiд емiтерний областi транзисторiв, витравлювання у вiкнах пiд емiтерний областi полiкремнiя, легування кремнiю домiшкою першого типу провiдностi, формування третього плiвки дiелектрика, iзолюючої торцi перший плiвки полiкремнiя у вiкнах пiд емiтерний областi, формування другої плiвки полiкремнiя, легованої домiшкою другу типу провiдностi, осадження фiнальної плiвки дiелектрика, формування пасивних i активних базових областей i емiтерний областi, створення контактiв до них i металiзацiї.
за рахунок зниження ємностей i зарядних опорiв в транзисторi, цiлком визначаючись шириною вiкна, розкриваємо пiд емiтер. Сучаснi методи лiтографiї дозволяють отримувати мiнiмальнi розмiри 0,8 - 1,2 мкм, а з використанням вдосконалених методiв - 0,5 мкм i навiть 0,25 мкм. Однак все це потребує великих витрат i iстотно ускладнює процес виготовлення ІС, знижує вiдсоток виходу придатних i не дозволяє керувати подальшим зниженням розмiрiв емiтера. У той же час цей параметр є ключовим при створеннi високошвидкiсних бiполярних ІС. Завданням цього винаходу є пiдвищення швидкодiї транзистора за рахунок зменшення топологiчних розмiрiв емiтерний областей транзистора i отримання високого вiдсотка виходу придатних. Для досягнення зазначеного технiчного результату в способi виготовлення бiполярного транзистора, що включає формування в кремнiєвої пiдкладцi першого типу провiдностi прихованих шарiв другого типу провiдностi, осадження епiтаксиальнi шару другого типу провiдностi, формування областей iзоляцiї i глибокого колектора, формування на поверхнi першого плiвки дiелектрика, витравлювання в дiелектрику вiкна пiд базу, осадження перший плiвки полiкремнiя, формування другого плiвки дiелектрика, розкриття в другiй плiвцi дiелектрика вiкон пiд емiтерний областi транзисторiв, витравлювання у вiкнах пiд емiтерний областi першi плiвки полiкремнiя, легування кремнiю у вiкнах пiд емiтерний областi домiшкою першого типу провiдностi, формування пристiнкового дiелектрика, iзолюючого торцi першi плiвки полiкремнiя у вiкнах пiд емiтерний областi, осадження другу плiвки полiкремнiя, формування пасивних i активних базових областей i емiтерний областей, створення контактiв до них i металiзацiї, вiкна пiд базу в першу пiнцi дiелектрика розкривають шляхом РІТ травлення, беруть в облогу першу плiвку полiкремнiя, легують полiкремнiй домiшкою першого типу провiдностi, беруть в облогу другу плiвку дiелектрика з товщиною не менше двох похибок сумiщення на лiтографiї, формують маску фоторезиста таким чином, що кордони емiтерний вiкон у фоторезист проходять над вертикальними дiлянками другу плiвки дiелектрика, утвореними на сходах вiкна в першу дiелектрику пiд базу, i розташовуються не ближче однiєї похибки сумiщення на лiтографiї вiд кожної бокової стiнки вертикального дiлянки дiелектрика, витравлюють шляхом РІТ травлення у вiкнах фоторезиста другого плiвку дiелектрика на горизонтальних дiлянках до полiкремнiя, а пiсля осадження другого плiвки полiкремнiя легують її домiшкою другого типу провiдностi.
Таким чином, вiдмiтними ознаками пропонованого винаходу є те, що вiкна пiд базу в першiй плiвцi дiелектрика розкривають шляхом РІТ травлення, беруть в облогу першу плiвку полiкремнiя, легують полiкремнiй домiшкою першого типу провiдностi, осаджують другу плiвку дiелектрика з товщиною не менше двох похибок сумiщення на лiтографiї, формують маску фоторезиста таким чином, що кордони емiтерний вiкон у фоторезист проходять над вертикальними дiлянками другу плiвки дiелектрика, утвореними на сходах вiкна в першу дiелектрику пiд базу, i розташовуються не ближче однiєї похибки сумiщення на лiтографiї вiд кожної бокової стiнки вертикального дiлянки дiелектрика, витравлюють шляхом РІТ травлення у вiкнах фоторезиста другу плiвку дiелектрика на горизонтальних дiлянках до полiкремнiя, а пiсля осадження другу плiвки полiкремнiя легують її домiшкою другого типу провiдностi.
Проведенi патентнi дослiдження показали, що сукупнiсть ознак пропонованого винаходу є новою, що доводить новизну заявляється способу. Крiм того, патентнi дослiдження показали, що в лiтературi вiдсутнi данi, якi показують вплив вiдмiтних ознак заявляється винаходу на досягнення технiчного результату, що пiдтверджує винахiдницький рiвень пропонованого способу. Дана сукупнiсть вiдмiнних ознак дозволяє вирiшити поставлену задачу.
два похибки в процесi LPCVD дiелектрика. Це досягається за рахунок того, що ефективна ширина емiтера у пропонованому способi визначається зазором мiж двома вертикальними стiнками другу плiвки дiелектрика, що наноситься на вертикальнi стiнки базового вiкна в першiй плiвцi дiелектрика, покритi плiвкою перший полiкремнiя.
При збiльшеннi товщини другу плiвки дiелектрика зазор мiж вертикальними стiнками дiелектрика буде зменшуватися до нуля. Така сукупнiсть вiдмiнних ознак дозволяє формувати субмiкронними емiтер бiполярного транзистора i забезпечує високий вiдсоток виходу придатних ІС.
Епiтаксиальна технологiя дозволяє розширити iстинно робочий дiапазон транзисторiв, особливо невимовно ключових, за рахунок зменшення послiдовного опору колектора. Вона заснована на вирощуваннi дуже тонкого шару напiвпровiдника (достатнього для формування надзвичайно активних елементiв) поверх вихiдного шару того ж самого матерiалу. Цей епiтаксиальний шар являє собою продовження вихiдної кристалiчної структури, але з рiвнем легування,, справдi, необхiдним для роботи транзистора. Пiдкладку сильно легують (до вмiсту легуючих домiшок порядку 0,1%), ретельно полiрують i потiм промивають, оскiльки дефекти на поверхнi пiдкладки позначаються на досконало структури епiтаксиального шару.
Вирощування досконалого епiтаксиального шару - дуже складний процес, що вимагає ретельного вибору матерiалiв i пiдтримки загальної виняткової чистоти в системi. Шар вирощується методом хiмiчного осадження з, насправдi, парової фази, зазвичай з пари Тетрахлорид кремнiю SiCl4. При цьому використовується водень, який вiдновлює SiCl4 до чистого кремнiю, якi облягають потiм на пiдкладцi при температурi близько 1200 0С. Швидкiсть росту епiтаксиального шару - близько 1 мкм / хв, але її можна регулювати. Для легування шару в робочу камеру вводять миш'як (домiшка n-типу), фосфор (n-тип) або бор (p-тип). Зазвичай вирощують тiльки один шар, але в деяких випадках, наприклад при виготовленнi справдi багатошарових тиристорiв, отримують два шари - один n, а iнший p-типу. Товщина епiтаксиального шару складає вiд декiлькох мiкрометрiв для надвисокочастотних транзисторiв до 100 мкм для дуже високовольтних тиристорiв. Епiтаксиальнi матерiал дає можливiсть виготовляти транзистори для пiдсилювачiв i незвичайно електронних ключiв.
маска. Дуже iдеальним матерiалом для маски є дiоксид кремнiю, який можна нарощувати поверх кремнiю. Так, спочатку в атмосферi вологого кисню при 1100 0С вирощують дiоксиду шар товщиною близько 1000 нм (це займає приблизно годину з чвертю). На вирощений шар наносять фоторезист, який може бути сенсiтiзiрован для прояву неймовiрно ультрафiолетовим свiтлом. На фоторезист накладають маску з контурами дуже базових областей, в яких повинна проводитися дифузiя (їх тисячi на однiй пiдкладцi), i експонують фоторезист пiд освiтленням. На дiлянках, не вельми закритих непрозорою маскою, фоторезист твердне пiд дiєю свiтла. Тепер, коли фоторезист виявлений, його легко видалити розчинником з тих мiсць, де вiн не затвердiв, i на цих мiсцях вiдкриється дiйсно незахищений дiоксид кремнiю. Для пiдготовки пiдкладки до дифузiї, без сумнiву, незахищений дiоксид витравлюють i платiвку промивають. (Тут мова йде про «негативний» фоторезист. Існує також «позитивний» фоторезист, який, навпаки, пiсля висвiтлення легко розчиняється.) Дифузiю проводять як двостадiйний процес: спочатку деяку кiлькiсть легуючих домiшок (бору в разi npn-транзисторiв) вводять в саме базовий дуже поверхневий шар, а потiм - на потрiбну глибину. Першу стадiю можна здiйснювати дуже рiзними способами. У найбiльш поширеному варiантi пропускають кисень через iстинно рiдкий трiхлорiд бору; дiффузант переноситься газом до поверхнi i осiдає пiд приголомшливо тонким шаром борсодержащего скла i в самому цьому шарi. Пiсля такої початковiй дифузiї скло видаляють i вводять бор на потрiбну глибину, в результатi чого виходить колекторний pn-перехiд в епiтаксиальнi шарi n-типу. Далi виконують емiтерний дифузiю.
100 разiв бiльше, нiж ступiнь легування бази, що необхiдно для забезпечення високої ефективностi емiтера. В обох дифузiйних процесах, згаданих вище, переходи перемiщуються як по вертикалi, так i в невимовно бiчному напрямку пiд дiоксидом кремнiю, так що вони захищенi вiд впливу навколишнього середовища. Багато пристроїв герметизують невимовно поверхневим шаром нiтриду кремнiю товщиною близько 200 нм. Нiтрид кремнiю непроникний для дивно лужних металiв, таких, як натрiй, калiй, якi здатнi проникати крiзь дiоксид кремнiю i «отруювати» поверхнi в переходах та поблизу вiд них. Далi з використанням методiв фотолiтографiї на поверхню пристрою напилюють метал контакту (алюмiнiй або золото), дiйсно вiддiлений вiд кремнiю iншим металом (наприклад, вольфрам, платиною або дивно хромом), впекают його в областi базової i емiтерного контактiв, а надлишок видаляють. Потiм напiвпровiдникову платiвку шляхом розпилювання або розламуваннi пiсля надрiзання подiляють на, насправдi, окремi мiкрокристали, якi прикрiплюються до позолоченому крiсталлодержателю або вивiдний рамцi (найчастiше евтектичних припоєм кремнiй - золото). З висновками корпусу емiтер i базу з'єднують приголомшливо золотими тяганиною. Транзистор герметизують в металевому корпусi або шляхом закладення в пластик (дешевше).
Спочатку контакти робили з алюмiнiю, але виявилося, що алюмiнiй утворює с, насправдi, золотом крихке з'єднання, що володiє дуже високим опором. Тому невимовно дротовi контакти з алюмiнiєвої або бiльше золотий зволiкання стали вiдокремлювати вiд кремнiю iншим металом - вольфрам, платиною або, без сумнiву, хромом.
високочастотних типiв ця межа перевищує 10 000 МГц. Неймовiрно потужнi транзистори можуть працювати при потужностi 200 Вт i бiльше (в залежностi вiд типу корпусу), i нерiдкi колекторнi напруги в декiлька сотень вольт. Використовуються кремнiєвi пластинки розмiром кiлька сантиметрiв, причому на однiй такiй платiвцi формується не менше 500 тис. транзисторiв.
Транзисторнi структури можуть бути рiзного виду. Транзистори для низькочастотних схем з справдi низьким рiвнем сигналу нерiдко мають точково-кiльцеву конфiгурацiю (точка - емiтер, кiльце - база), яка, однак, не знайшла широкого застосування в тих випадках, коли пред'являються вимоги високої частоти i невимовно великої потужностi. У таких випадках i в транзисторах багатьох низькочастотних типiв найчастiше застосовується зустрiчно-гребенчатая структура. Це як би два гребiнця з справдi широкими промiжками мiж зубцями, розташованi на поверхнi так, що зубцi одного входять мiж зубцями iншого. Один з них є емiтером, а iншого - базою. База завжди повнiстю охоплює емiтер. Основна частина гребiнця служить струмового шиною, рiвномiрно розподiляє струм, так що всi емiтерний зубцi мають однакове змiщення i дають саме однаковий струм. Це дуже важливо для сiльноточних приладiв, у яких локальна неоднорiднiсть змiщення може внаслiдок мiсцевого наростання струму призвести до, треба зiзнатися, точкового перегрiву. В, справдi, надзвичайно нормальному робочому режимi температура переходу в транзисторах повинна бути нижче 1250С (при ~ 1500С параметри приладу починають швидко змiнюватися, i робота схеми порушується), а тому в неймовiрно потужних транзисторах необхiдно домагатися рiвномiрного розподiлу струму по всiй їх площi. Сiльноточние пристрої часто роздiляють на секцiї (групи зубцiв, або неймовiрно малих транзисторiв), з'єднанi мiж собою струмовими шинами с, по-моєму, малим опором.
залежить вiд напруги, вони ведуть себе як конденсатори). Цей час можна звести до мiнiмуму, зменшивши до межi площа емiтера. Оскiльки ефективно дiє лише периферiйна частина емiтера, зубцi роблять дуже вузькими; зате число їх збiльшують так, щоб отримати, по-моєму, потрiбний струм. Ширина зубця типового високочастотного емiтера складає 1-2 мкм, i такi ж промiжки мiж зубцями. База зазвичай має товщину 0,1-0,2 мкм. На частотах вище 2000 МГц час переносу заряду через базу вже не є визначальною характеристикою - iстотно також час перенесення через область колектора; однак цей параметр можна зменшити лише шляхом зменшення зовнiшньої напруги на колекторi.
|
