Биполярные технологии изготовления ИМС – Полупроводниковая силовая электроника

May 25, 2015 by admin Комментировать »

Биполярные технологии рассмотрим на примере так называемой «сорокавольтовой» биполярной технологии с изоляцией p-η переходом, которая была исторически первой технологией для производства кристаллов ИМС силовой электроники. На рис. 4.1 представлен вертикальный срез типовой полупроводниковой структуры биполярной силовой микросхемы.

Рис. 4.1. Типовая структура фрагмента силовой ИМС, изготовленной по биполярной технологии с изоляцией р-п-переходом

Здесь показаны в обобщенном виде активные структуры наиболее широко используемых в микросхемах элементов — вертикальных п-р-п транзисторов, вертикального и горизонтального р-п-р транзисторов, резисторов, а также конструкции изолирующих и «скрытых» слоев п+ и р+-типа проводимости. Наличие в структуре двух типов конструктивной реализации транзисторов р-п-р (вертикальной и горизонтальной) обусловлено широким диапазоном их усилительных свойств.

Кратко рассмотрим последовательность выполнения технологических операций, необходимых для изготовления ИМС. При этом не будем останавливаться на режимах проведения этих операций.

Прежде всего, в высокоомной подложке р типа проводимости 1 (рис. 4.1) методом диффузии сурьмы или мышьяка формируют п+ скрытый слой 2. Слой выполняется с целью уменьшения сопротивления коллекторных областей вертикальных п-р-п транзисторов 3 и базовых областей горизонтальных р-п-р транзисторов 4, а также для уменьшения коэффициента усиления неизбежно возникающих в этой структуре «паразитных» р-п-р транзисторов (на подложку). Удельное сопротивление п+ скрытого слоя лежит в диапазоне от 10 до 30 Ом/кв.

В микроэлектронике часто вместо объемного удельного сопротивления ρν удобнее пользоваться поверхностным удельным сопротивлением р$. Связь между ними будет понятна из рассмотрения следующего соотношения

где / — длина проводящей области; S – поперечное сечение проводящей области; b — ширина проводящей области; h — глубина проводящей области; п — число квадратов.

Затем методом диффузии бора создают р+ скрытый слой 5, который используется для лучшей электрической изоляции элементов друг от друга.

Далее наращивают эпитаксиальную пленку 6 η-типа проводимости толщиной 15 ± 1,5 мкм (для 40 В процесса) и pv = 4,5 ± 0,45 Ом · см. Для легирования эпитаксиальной пленки используется сурьма или мышьяк из-за их низкой диффузионной способности.

Методом диффузии бора формируют слой разделения 7. Для хорошей изоляции элементов слой должен достигнуть р+ скрытого слоя.

Область глубокого коллектора 8 транзисторов η-ρ-η-типа создается методом диффузии фосфора. Эта область должна достигнуть области п+ скрытого слоя для уменьшения величины последовательных сопротивлений тела коллектора п-р-п транзистора и базы р-п-р транзистора.

Область базы 9 формируется методом диффузии или ионного легирования бора.

Область эмиттера 10 формируется методом диффузии или ионного легирования фосфора.

На получившейся полупроводниковой структуре вскрываются контакты к областям в межслойном диэлектрике 11. Межслойный диэлектрик включает три слоя: нижний слой двуокиси кремния, слой нитрида кремния и верхний слой двуокиси кремния. Нижний слой межслойного диэлектрика состоит из двуокиси кремния толщиной 0,3 мкм и сформирован методом окисления, что обеспечивает качественную границу раздела подложка—двуокись кремния. Слой нитрида кремния толщиной 50 нм формируется путем аммонолиза дихлорсилана и используется для создания конденсатора. Толщина нитрида кремния выбирается исходя из необходимости получения требуемого значения емкости конденсатора. Верхний слой двуокиси кремния формируется методом пиролиза тетраэтоксисилана (Si(OC2H5)4) при температуре 650              750 °С. Этот слой может быть либо нелегиро ванным (среднетемпературный оксид кремния), либо легированным фосфором (среднетемпературное фосфоросиликатное стекло — СТФСС). Толщина верхнего слоя двуокиси кремния 0,55 ± 0,05 мкм выбирается таким образом, чтобы обеспечить работу микросхемы при напряжении питания 40 В. Кроме того, при такой толщине достигается необходимый порог паразитного рМОП транзистора (более 50 В).

Методом напыления формируется металлизированная разводка 12 Al-Si(l%) толщиной от 1 до 3 мкм. Большая толщина необходима для более мощных приборов с целью уменьшения плотности тока в дорожках металлизации. Допустимая плотность тока — 2 · 105А/см2 (обычно) или 5 * 105А/см2 (для приборов, имеющих неорганическое покрытие).

Завершается процесс изготовления созданием пассивирующего покрытия (окисла) 13 — НТФСС (низкотемпературное фосфоро-силикатное стекло).

Для снижения величины теплового сопротивления кор мощных силовых приборов проводится утонение пластины с 460 мкм до 350 мкм (для пластин диаметром 100 мм) механической шлифовкой обратной стороны пластины. Кроме того, если при сборке в корпус используется посадка кристалла на пайку, то на обратную (непланарную) сторону пластины наносят металлизацию 14 (Ti/W/Ag).

Процесс ориентирован на создание п-р-п транзисторов, р-п-р транзисторы и другие элементы формируются из областей п-р-п транзисторов 3. р -п-р горизонтальный транзистор 4 получается на основе слоя р базы п-р-п транзистора. Резисторы 15 могут формироваться на основе слоя р базы п-р-п транзистора или делаться отдельным слоем.

Источник: Белоус А.И., Ефименко С.А., Турцевич А.С., Полупроводниковая силовая электроника, Москва: Техносфера, 2013. – 216 с. + 12 с. цв. вкл.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты