Главная  Журналы 

0 1 2 3 4 5 [ 6 ] 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99

контакты, модуляция проводимости осуществляется изменением толщины проводящего канала. Преимуществом ППТ на основе монокристаллических пленок полупроводника является возмож-ность их пассивации, обеспечивающей большую стабильность параметров.

Глава 2

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ

Технология производства полевых транзисторов развивалась в значительной степени эмпирическим путем лишь с ограниченным привлечением теории для объяснения наблюдаемых результатов. Это привело к накоплению большого количества «рецептов» различных технологических процессов, определяющих формы реализации и работу приборов. Разработчики элементов и интегральных схем должны поэтому в полной мере представлять не только теоретические основы работы приборов, но и экономические и физические ограничения, накладываемые соответствующей технологией.

2.1. Материалы , . .

Для изготовления полевых транзисторов пригодно значительно большее количество полупроводниковых материалов, чем для биполярных транзисторов, поскольку в случае ПТ отпадают ограничения, связанные со временем жизни неосновных носителей заряда. Другой фактор, ограничивающий круг материалов для биполярных транзисторов,- возможность создания р-п-пере-ходов - для ряда типов ППТ также не является определяющим. В табл. 2.1 приведены некоторые параметры полупроводниковых материалов, потенциально пригодных для производства ПТ. Цифрами в скобках обозначено: (1)-удельное сопротивление удовлетворяет требованиям для изготовления ПТ; (2) - время жизни неосновных носителей заряда достаточно для создания биполярных транзисторов; (3) - возможно получение р-п-переходов.

Таблица 2.1

Ширина запрещенной зоны и подвижности носителей заряда некоторых сложных и элементарных полупроводников при 300 К [25-27]

Группы

Материал

Ширина запрещенной зоны, эВ

Подвижность, cmV(B-c)

электроны

дырки

I-V 1-1V

n-iv n-iv

CSgSb (3)

СщО (1) MgaSn (3) MgaSi (3)

1,6 2,0

0,21 • 0,7

318 406

263 56

П-VI

ZnO (1) ZnS (1) CdSe (1) CdTe (1, 3) CdS (1 )

1,74

1,44

500 1050 210

100



продолжение табл. 2.1

Ширина

Подвижность, см=/(Бс)

Группы

Материал

запрещенной

зоны, эВ

электроны.

дырки

GaAs

(1. 2, 3)

3 000

GaSb

0,67

4 000

III-V

(1, 3)

2,24

(2, 3)

1,27

4 000

InSb

(1. 3)

0,18

76 000

700-4000

InAs

0,36

30 000

AlSb

(1, 2, 3)

0,67

4200

2100

(1, 2, 3)

1,12

1300

(1, 3)

20-50

(гекс.)

(1, 2, 3)

0,38

PbSe

0,26

1020

IV-VI

PbTe

(1. 3)

0,28

1620

SnOa

tiOa

0,1-1,0

V-VI

BiaTeg

0,15

. 1250

(1. 3)

0,34

VI-VIII

2,38

Очевидно, что пригодность материала для изготовления ПТУП и МДП-ПТ характеризуется наличием двух индексов-(1) и (3), в случае некоторых типов ППТ достаточно одного индекса (1).

Выбор того или иного полупроводника определяется многими факторами (тип ПТ, окружающие условия, требуемые частотные характеристики, возможность изготовления интегральных схем и т. п.) и в большинстве случаев является компромиссным. Специфические требования могут, однако, диктовать необходимость выбора определенного материала. Например, для работы при повышенных температурах следует применять широкозонные полупроводники, такие, как GaAs или SiC.

2,2. Технология

В настоящее время имеются сообщения о разработках ПТ на основе различных полупроводниковых материалов - GaAs [28-30], SiC [31, 419], CdS [32, 33], промышленностью выпускаются германиевые ПТ; однако наибольшее распространение получили кремниевые полевые транзисторы. Ниже будут кратко рассмотрены-основные технологические процессы, применяемые при производстве приборов на монокристаллическом кремнии,- диффузия примесей; эпитаксиальное наращивание; маскирование окислом и нитридом кремния *. Подробное изложение этих вопросов можно найти в работах [34-36].

* В последние годы все шире применяется ионно-лучевая технология, позволяющая не только производить введение примесей в полупроводник, но и решать некоторые специальные задачи, например изготавливать транзисторы • с самосовмеще1П1Ым затвором [420-422]. (Прим. пер.)



Диффузия. Наиболее часто диффузия осуществляется выдерживанием кристаллов при 7== 1100° С в газовой атмосфере, содержащей требуемую примесь. Концентрация примеси, введенной с помощью такого процесса, резко падает в глубь полупроводника, при этом вид распределения зависит от граничных условий, при которых осуществляется диффузия. При производстве приборов обычно используются два типа граничных условий: 1) поверхностная концентрация поддерживается постоянной, что приводит к распределению по закону дополнительной функции ошибок; 2) перед началом диффузии на поверхность полупроводника наносится заданное количество примеси, в этом случае распределение примеси по глубине после проведения диффузии описывается гауссовой кривой.

Второе условие, часто применяемое на практике, обычно реализуется в следующем трехступенчатом процессе: а) в приповерхностный слой полупроводника проводится диффузия из Газовой фазы; б) на поверхности наращивается слой окисла для предотвращения обратной диффузии; в) при высокой температуре проводится «разгонка» введенной примеси для получения требуемого профиля концентрации. Часто вторая и третья ступени объединяются путем проведения разгонки в окислительной среде. Изменением времени диффузии, температуры и поверхностной концентрации профиль распределения примеси можно изменять в широких пределах.

Эпитаксиальное наращивание. Этот процесс заключается в наращивании монокристаллической пленки на соответствующей подложке, находящейся при повышенной ( - 1200° С для Si) температуре в газовой атмосфере определенного состава. Для обеспечения монокристалличности пленки подложка должна иметь кристаллическую структуру, близкую к структуре эпитаксиального слоя. Стандартный процесс наращивания кремниевой пленки на кремниевой подложке основан иа реакции восстановления тетрахлорида кремния водородом:

SiCl4-b2H2:2:Si-b4HCl.

Примеси могут вводиться в пленку непосредственно в процессе роста путем добавления к основным реагентам требуемого элемента в газообразном состоянии..

Независимо от степени легирования кремниевой подложки на ее поверхности могут быть выращены пленки как р-, так и п-типа. Это делает процесс эпнтаксии более гибким по сравнению с диффузией, которая дает лищь ограниченный набор типов профилей распределения примесей.

Маскирование и-фотолитография. В 1957 г. было обнаружено [37], что наличие окисла на поверхности кремния эффективно препятствует диффузии обычно используемых примесей (В, Р, As) в нижележащие слои полупроводника. Этот эффект является основой современных методов получения легированных областей заданной формы. Окисел легко может быть выращен путем выдерживания кремниевой пластины при температуре порядка 1000° С в атмосфере кислорода, водяного пара или их смеси. Толщина слоя может варьироваться в широких пределах изменением температуры и времени окисления. Для полного предотвращения проникновения примеси достаточна толщина окисла в несколько тысяч ангстрем. Следует отметить, однако, что двуокись кремния не препятствует диффузии некоторых примесей, например галлия.

Для получения легированных областей нужной формы кремниевая пластина окисляется и покрывается жидким фоторезистом, который после высыхания образует сплошную фоточувствительную пленку. Затем пластина освещается ультрафиолетовым светом через маску с требуемой конфигурацией окон. После проявления экспонированные участки фоторезиста образуют защитный слой, так что при последуощем" травлении окисла удаляются только области, не подвергавшиеся действию света. Обработанная таким образом пластина готова к проведению диффузии.

Сравнительно недавно было обнаружено [38, 39], что нитрид кремния JisNi подобно SiOz пассивирует поверхность кремния и может быть применен в качестве маски, защищающей полупроводник от проникновения примесей





0 1 2 3 4 5 [ 6 ] 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99