Технология изготовления интегральной схемы транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ)

Технологический процесс изготовления полупроводниковой интегральной схемы ТТЛ. Расчет режимов базовой и эмиттерной диффузии, а также эпитаксии. Уточнение профиля распределения примеси в эмиттерной области. Определение точности изготовления резисторов.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Томский Университет Систем Управления и Радиоэлектроники

(ТУСУР)

Кафедра физической электроники (ФЭ)

Технология изготовления интегральной схемы ТТЛ

курсовой проект по дисциплине "Процессы микро- и нанотехнологии"

ФЭТ КР 314200.001 П3

Студент гр. 314 - 2

Бронников С.М.

Руководитель

Доцент кафедры ФЭ

канд. тех. наук

К. И. Смирнова

2013

Министерство общего и профессионального

образования Российской Федерации

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ

УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

(ТУСУР)

Кафедра Физической Электроники (ФЭ)

ЗАДАНИЕ

по курсовому проектированию по дисциплине "Процессы микро- и нанотехнологии"

Студент Бронников Сергей Михайлович

группа 314-2 факультет электронной техники

1. Тема проекта: Технология изготовления интегральной схемы ТТЛ

2. Срок сдачи студентом законченного проекта____________________

3. Исходные данные к проекту:

1. Схема изготовлена по изопланарной технологии;

2. Подложка КДБ-10 со скрытым слоем;

3. Эпитаксиальная пленка 3КЭФ -0,1; x_бк = 2,2 мкм; с_s = 180 Ом/?; x_эб = 0,8 мкм; с_s = 6 Ом

4. Содержание пояснительной записки:

1. Анализ схемы

2. Технологический маршрут

3. Расчет режимов диффузии и эпитаксии

4. Расчет профилей распределения и процесса автолегирования

5. Расчет точности изготовления резисторов

5. Перечень графического материала:

1. Схема техпроцесса

2. Чертежи комплекта ФШ

3. Расчетные зависимости

6. Дата выдачи задания:_________________________

Содержание

Введение

1. Анализ схемы

1.1 Техпроцесс изготовления схемы

2. Расчёт режимов диффузии

2.1 Расчет режима диффузии скрытого слоя

2.2 Расчёт режима эпитаксии

2.3 Расчет профиля автолегирования

2.4 Расчет режимов базовой диффузии

2.5 Расчет режимов эмиттерной диффузии

2.6 Уточнение профиля распределения примеси в эмиттерной области

3. Расчет точности изготовления резисторов

Вывод

Список литературы

Введение

Разработка интегральных микросхем (ИМС) представляет собой сложный процесс, требующий решения разнообразных научно-технических проблем. Вопросы выбора конкретного технического воплощения ИМС решают с учетом особенностей разрабатываемой схемы, возможностей и ограничений, присущих различным способам изготовления, а также технико-экономического обоснования целесообразности массового производства. Эти вопросы решают главным образом путем использования двух классов микросхем - полупроводниковых и гибридных. Оба эти класса могут иметь различные варианты структур, каждый из которых с точки зрения проектирования и изготовления обладает определенными преимуществами и недостатками.

Полупроводниковые интегральные микросхемы - это монолитное устройство, в котором все элементы изготовлены на единой полупроводниковой подложке и в едином технологическом цикле. Особенность технологического процесса производства полупроводниковых интегральных микросхем заключается в том, что одновременно с изготовлением транзисторных структур необходимо получать диоды, резисторы и конденсаторы, параметры которых удовлетворяли бы требованиям, устанавливаемым на этапе схемотехнической отработки.

Целью курсового проекта является приобретение практических навыков решения инженерной задачи создания конкретного микроэлектронного изделия, а также закрепление и углубление теоретических знаний, приобретенных ранее.

1.  Анализ схемы

Полупроводниковая интегральная схема ТТЛ изготовлена по изопланарной технологии, суть которой заключается в создании изолированных областей для отдельных элементов.

Планарная технология позволяет одновременно получать большое количество элементов в течение единого технологического процесса и характеризуется тем, что все внешние границы p-n- переходов выходят на одну плоскость, т.е. все выводы элементов находятся на одной стороне полупроводниковой пластины.

Особенностью рассматриваемой схемы ТТЛ является применение в ней многоэмиттерного транзистора V1, в данном случае двухэмиттерного. Так же она содержит три биполярных транзистора V2, V3, V5 , диод V4 и четыре резистора R1-R4, изготовленные на основе базовой диффузии. Изоляция элементов производится окислением кремния, для чего выполняются травления окон на 0.44 толщины эпитаксиальной пленки и дальнейшим окислениям в сумме получим 15 изолированных областей. Все транзисторы, контактные площадки и диоды формируются в разных изолированных областях кроме контактной площадки номер 7, так как она соединена с общей шиной (заземление). Так же резисторы, сформированные в базовой области, можно формировать в одном кармане, при этом на изолирующую область подается высокий потенциал.

1.1 Техпроцесс изготовления схемы

1) Очистка подложки;

2) Проводится окисление во влажном кислороде для образования SiO₂ , нанесение позитивного фоторезиста. Совмещение фотошаблона №1 и экспонирование фоторезиста;

3) Удаление фоторезиста. Производится травление селективным травителем. Проводится двухстадийная диффузия для формирования скрытого слоя;

4) Удаление SiO₂ и выращивание эпитаксиальной пленки;

5) Окисление, нанесение позитивного фоторезиста, совмещение фотошаблона №2 и экспонирование;

6) Удаление фоторезиста. Проводится травление эпитаксиальной пленки на толщину 0,44;

7) Проводится окисление защитной области;

8) Нанесение позитивного фоторезиста, совмещение фотошаблона №3 и экспонирование;

9) Производится травление селективным травителем. Удаление фоторезиста. Проводится двухстадийная диффузия для формирования баз транзисторов и всех диффузионных резисторов;



10) Окисление, нанесение позитивного фоторезиста, совмещение фотошаблон №4 и экспониравание;

11) Производится травление селективным травителем, удаляется фоторезист. Проводится одностадийная диффузия для получения эмиттеров и подконтактных, сильно легированных коллекторных областей;

12) Окисление, нанесение позитивного фоторезиста, совмещаем фотошаблона №5 и экспонирование;



13) Провидение травления под контакты, удаление фоторезиста.

14) Нанесение фоторезиста и совмещение фотошаблона №6;

15) Экспонирование;

16) Напыление пленки Al для создания металлизации;

17) Проведение взрывной фотолитографии. Вжигание контактов.

2. Расчёт режимов диффузии

Сущность легирования состоит в том, что в полупроводник внедряется легирующая примесь и образует область с определённым типом проводимости. Чтобы получить p-n переход, количество введённой примеси должно быть достаточным, чтобы компенсировать ранее введённую примесь и создать её избыток, тогда тип проводимости полупроводника сменится и образуется p-n переход.

Диффузией называют перенос вещества, обусловленный хаотичным тепловым движением, которое возникает при наличии градиента концентрации. Диффузионный процесс направлен в сторону уменьшения концентрации, а так как скорость диффузии величина конечная, то концентрация обычно убывает от поверхности в глубь.

Для получения полупроводника p-типа проводимости используются элементы 3-й группы таблицы Менделеева: B, In и Al. Для полупроводника n-типа проводимости применяют элементы 5-й группы: P, As и Sb. Выбирают элементы с максимальной растворимостью, с учётом коэффициента диффузии (скорости растворимости). Также выбираются те элементы, которые имеют максимальную диффузию при температуре растворимости.

Наиболее предпочтительными элементами являются:

1) Бор (В) - для p-типа проводимости;

2) Фосфор (Р) - для n-типа проводимости.