Определение толщины эпитаксиальных и диффузионных слоев

Толщину эпитаксиальных и диффузионных слоев определяют по глубине залегания р - n перехода, который выявляется в простейшем случае методами окрашивания сферического шлифа (химического декорирования). Для этого изготавливают на контрольной пластине (свидетеле) шлиф с помощью вращающегося стального шара диаметром 35 – 100 мм, смазанного алмазной пастой зернистостью < 1 мкм. Глубина сферической лунки должна превышать глубину р - n перехода.

Зависимость цвета термически выращенной пленки двуокиси кремния от ее толщины

Порядок интерференции	Толщина пленки, мкм	Цвет пленки	Порядок интерференции	Толщина пленки. мкм	Цвет пленки
1	0,05 0,07 0,10 0,12 0,15 0,17 0,20 0,22 0,25 0,27	Бежевый Коричневый Темно-фиолетовый Голубой Светло-голубой Металлический Светло-золотистый Золотистый Оранжевый Красно-фиолетовый	3	0,47 0,48 0,49 0,50 0,52 0,54 0,56 0,57 0,58 0,60 0,63	Фиолетовый Голубовато-фиолетовый Голубой Голубовато-зеленый Зеленый Темновато-зеленый Зеленовато-желтый Желтый Светло-оранжевый Телесно-розовый Фиолетово-красный
2	0,30 0,31 0,32 0,34 0,35 0,36 0,37 0,39 0,41 0,42 0,44 0,46	Фиолетово-голубой Голубой Зелено-голубой Светло-зеленый Зеленый Темно-зеленый Зеленовато-желтый Желтый Светло-оранжевый Телесно-розовый Фиолетово- красный Красно-фиолетовый	4	0,68 0,72 0,77 0,80 0,83 0,85	Голубоватый Голубовато-зеленый Желтоватый Оранжевый Желтовато-розовый Светло-красновато-фиолетовый

АППАРАТУРА

Для выполнения работы используется следующая аппаратура:

1. лабораторный макет, состоящий из кассет с образцами;

2. микроскоп.

ВНИМАНИЕ! Пластины с образцами очень хрупки. После рассмотрения пластин сразу же вставьте их в кассету.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Изучить последовательность операций при изготовлении полупроводниковых микросхем.

При выборе последовательности операций следует учитывать усложнение рисунка на примере простейшего транзистора и увеличение количества фигур совмещения.

Следует запомнить цвет чистого кремния, поместив полированный образец в поле обзора микроскопа. Цвет окисла может быть различным в зависимости от его толщины. Однако, области, формируемые одновременно при высокой температуре (выше 900 С в открытой или полуоткрытой системе), имеют всегда одинаковый цвет окисла.

Если на образце выполнена одна из фотолитографий по слою окисла (с травлением окисла для вскрытия в нем окон к поверхности кремния), то в поле обзора микроскопа будут видны области чистого кремния.

2. Измерить параметры слоев полупроводниковой микросхемы.

1) Определить толщину диффузионного слоя по глубине залегания p-n перехода в кремнии, для этого;

- разместить образец 11 так, чтобы в поле зрения микроскопа была видна лунка шарового шлифа;

- трижды измерить для лунки шарового шлифа значения Н (размер хорды в делениях шкалы окуляра микроскопа), рассчитать среднее значение;

- рассчитать толщину диффузионного слоя по формуле X=Н²n²/8R, где n – цена деления объектива в мкм, R – радиус шара приспособления для изготовления шарового шлифа в мкм;

- по цвету пластины 12 с учетом порядка интерференции определить толщину слоя окисла.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Почему изолирующие слои SiO₂ на поверхности полупроводниковой БИС получают с применением разных технологий?

2. Каково назначение фоторезиста и почему в данной работе для БИС использовались разные фоторезисты?

3. Почему коллекторный слой не формируют просто диффузией, а наращивают эпитаксиальный слой?

4. Из каких соображений выбирается толщина подложки и эпитаксиального слоя?

5. С какой целью в данном изделии используется ионное легирование?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 5

ИЗУЧЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МИКРОСХЕМ НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ НА ПРИМЕРЕ ЦИФРОВОЙ ИС ТИПА 133ЛА3

Цель работы:

1) изучить технологические операции производства полупроводниковых микросхем, а также их последовательность при изготовлении полупроводниковых микросхем на биполярных транзисторах (на примере 133ЛА3),

2) ознакомиться с оборудованием и материалами, применяемыми при производстве полупроводниковых микросхем;

3) ознакомиться с методами измерения параметров слоев полупроводниковых микросхем;

4) научиться определять толщину пленок двуокиси кремния, эпитаксиальных и диффузионных слоев.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Изучение технологических операций производства полупроводниковых микросхем производится на примере микросхемы 133ЛА3. На рисунке 5.1. приводится поэтапное формирование структуры интегральной схемы 133ЛА3.

Рисунок 5.1. Фрагменты поэтапного формирования структуры ИС 133JIA3: а – химическая обработка поверхности исходных пластин кремния; б – окисление пластин кремния; в – фотолитография 1 для вскрытия окон в SiO2 под диффузию сурьмы;

Рисунок 5.1. Фрагменты поэтапного формирования структуры ИС 133JIA3: г – диффузия сурьмы для формирования скрытых n-слоев; д – эпитаксиальное наращивание n-слоя кремния; е – окисление пластин, ж – фотолитография 2 для вскрытия оком под раздели­тельную диффузию; з – диффузия бора для формирования разделительных р- областей; и – фотолитография 3 для вскрытия окон под базовую диффузию; к – диффузия бора для формирования базовых p-областей

Рисунок 5.1. Фрагменты поэтапного формирования структуры ИС 13ЗЛА3:

л – фотолитография 4 для вскрытия окон под эмиттерную и приконтактную коллекторную диффузию; м – диффузия фосфора для формирования эмиттерных и приконтактных коллекторных п⁺-областей; н – фотолитография 5 для вскрытия окон под контакты к элементам ИС; о – фотолитография 6 по слою металлизации для формирования коммутации элементов ИС; п – фотолитография 7 по слою пассивации для вскрытия окон к контактным площадкам ИС