Рис. 3. Технологическая схема изготовления n-р-n-эпитаксиально-планарного кремниевого транзистора: а - исходная эпитаксиальая структура, б - структура с защитной оксидной пленкой, в - фотолитография и диффузия базы, г - окисление, фотолитография и диффузия эмиттера, д - формирование металлических контактов; 1 - эпитаксиальный слой, 2 - кремниевая пластина, 3 - защитная пленка оксида кремния, 4 - р-область базы. 5 - n -область эмиттера, 6 - металлические контакты

толщиной несколько микрометров. Поверхность эпитаксиальной структуры покрывают защитной пленкой оксида кремния 3 и с помощью фотоли тографии в ней вытравляют окно. Диффузией акцепторной примеси в эпитаксиальном слое формируют базовую р-область 4. Затем окно снова покрывают пленкой оксида и в ней вновь вытравляют окно для создания эмиттерной n -области 5 диффузией донорной примеси. Заключительным этапом является формирование металлических контактов 6 ко всем областям транзисторной структуры. Получение диэлектрических пленок. Диэлектрические пленки используют в качестве маскирующих покрытий при диффузии, а в готовых приборах и схемах - в качестве защиты и изоля- ции элементов и линий металлизации. Диэлектрические пленки являются одним из наиболее ответственных элементов структуры приборов и во многих случаях определяют механизм отказов и, следовательно, надежность приборов. Любые неоднородности диэлектрических пленок как при маскировании, так и при защите почти неизбежно приводят к дефектам и отказам приборов. Эксплуатационным требованиям достаточно полно отвечает диоксидил кремния (Si02), получаемый при нагревании поверхности ремния в присутствии кислорода (термическое окисление). Пленка SiO2 обладает наилучшими маскирующими свойствами и высокими электрическими параметрами. Хорошо растворяясь в плавиковой кислоте. SiO2 в то же время практически стабилен по отношению к смесям HF+HNO3, что позволяет эффективно использовать его в качестве маски при селективном травлении кремния. Термическое окисление применимо только к кремнию. Окисление кремния проводят в однозонных диффузионных печах со специальными газораспределительными устройствами при 50-1200° С. Рост оксида происходит на границе раздела оксид-кремний, следовательно, окислитель (кислород или молекулы воды) диффундирует сквозь растущую оксидную пленку к его границе, где вступает в реакцию с кремнием. В связи с этим скорость роста оксидной пленки со временем падает, как это показано на рис. 4

Рис 4. Зависимость толщины x0 оксида от времени окисления t при постоянных температуре и давлении газообразного окислителя.

В зависимости от окислительной среды различают термическое окисление в сухом кислороде, в атмосфере водяного пара и комбинированное. Термическое окисление кремния в сухом кислороде характеризуется наибольшей продолжительностью и более высоким качеством пленки по сравнению с окислением в атмосфере водяного пара, о чем свидетельствует ее высокая плотность (2.27 г/см3). В этом случае для получения пленки SiO2 толщиной 1 мкм при 1300°С требуется 15 ч. Процесс окисления кремния в атмосфере водяного пара ( гидротермальное окисление) харак- теризуется большими скоростями роста и возможностью получения толстых (2-3 мкм) пленок SiO2. Основным недостатком процесса окисления в атмосфере водяного пара является низкое качество получаемых пленок и, как следствие, ухудшение их защитных свойств. Низкая плотность пленок (около 2 г/см3) связана с их пористостью из-за наличия водорода и гидроксильных групп ОН. Поэтому термический оксид обычно создают при комбинированных режимах окисления, чередуя этапы выращивания пленок в сухом и влажном кислороде. Наиболее часто окисление проводят в три стадии: в сухом кислороде, увлажненном -для ускорения процесса и наращивания достаточно толстой пленки и вновь - в сухом. Термическое окисление связано с воздействием высокой температуры, что приводит к диффузионному размыванию (изменению геометрии) формируемой структуры прибора. Для снижения тем пературы применяют способы осаждения пленок SiO2 из летучих кремнийорганических соединений при 700°С, причем они уни версальны почти для всех полупроводников. Большое распространение получил способ пиролитического осаждения диоксида кремния с использованием тетраэтоксисилана, пиролиз (т. е. термическое разложение) которого протекает согласно реакции

Si (ОС2Н5)4 Si02 +4C2H4 + 2Н20

Скорость осаждения пленки при 750°С составляет 0,03 мкм/мин. Кроме SiO2 в планарной технологии в качестве защитного и мас кирующего покрытия используют пленки нитрида кремния Si3N4, являющиеся более плотными и непроницаемыми по отношению к диффузиантам, чем пленки SiO2. Основным способом получения пленок нитрида кремния является пиролитическое осаждение, реакция которого протекает при взаимодействии силана и аммиака:

3SiH4 + 4NH3=Si3N4+ 12Н2

Осаждение Si3N4 происходит при 900°С. Возможно также исполь- зование реакции взаимодействия четыреххлористого кремния с аммиаком

3SiCl4+4NH3 Si3N4+ 12НСl

Нитрид кремния осаждают на установках эпитаксиального на- ращивания или в диффузионных однозонных печах, снабженные специальным устройством газораспределения. Скорость осаждения нитрида кремния зависит от температуры и расхода силана и аммиака. Фотолитография. Электрические и эксплуатационные характеристики изготовляемых микроэлектронных приборов неразрывно связаны с размерами элементов и их взаимным расположением. Фотолитография является основным и практически единственным способом прецизионной локальной микрообработки, применяемым для получения необходимых размеров и конфигураций элементов ИМС (от единиц до десятых долей микрометра). Фотолитография состоит из совокупности целого ряда физических, фотохимических и химических процессов и используется для созания защитного рельефа (маски) на поверхности полупроводниковой пластины. Для этого применяют специальный светочувствительный мматериал - фоторезист, обладающий устойчивостью к воздействию агрессивных средств (кислот, щелочей) . Тонкий слой фоторезиста наносят на полупроводниковую подложку и производят засветку (экспонирование) через специальный инструмент - фотошаблон, имеющий прозрачные и непрозрачные для используемого света участки, определяющие топологию прибора. Под действием света в фоторезисте протекают фотохимические реакции, которые в зависимости от типа используемого фоторезиста приводят к усилению или ослаблению его растворимости в определенных химических растворах. Мосле проявления на поверхности подложки остается защитный слой фоторезиста, повторяющий позитивное или негативное изображение фотошаблона. Последующее использование защитного рельефа в зависимости от технологического этапа изготовления прибора заключается в травлении материала подложки на незащищенных фоторезистом участках или нанесение какого-либо материала на эти участки. Так , при проведении фотолитографии по слою SiO2 при травле- нии проводят селективное удаление диэлектрика над теми участками полупроводника, где должны быть созданы диффузионные структуры, а при фотолитографии по слою металла формируют топологию контактных площадок, межсоединений, пассивных элементов.