Вторая (базовая) и третья (эмиттерная) диффузии.

После 1-ой диффузии поверхность пластины (подложки) вновь окисляется (покрывается окислом кремния). Методами фотолитографии в пленке окисла получают новую систему окон (новую маску), как показано на рис. 8.2в. Окна маски расположены по центру карманов. При этой диффузии получают базовые области p-типа. Для этого проводят диффузию акцепторной примеси через новую маску. Порядок проведения второй диффузии такой же, как и 1-ой. После 2-ой диффузии в карманах получены две области: область n-типа, которая будет коллектором (или резистором) и область p-типа, которая будет базой (или резистором). После окончания второй диффузии поверхность пластины снова окисляется (покрывается окислом). Методами фотолитографии получают новую маску в слое окисла, через которую будет проведена 3-я (эмиттерная) диффузия донорной примеси. В результате после 3-й диффузии получают эмиттеры транзисторов, как показано на рис. 8.2г. В кармане, где предусмотрен резистор, 3-я диффузия может не проводится (если резистор будет размещен в базовой области). До сих пор операции получения ИМС и дискретных транзисторов одинаковы.

Металлизация (межсоединения).

После третьей диффузии проводят металлизацию – напыление в вакууме тонкого слоя (до 1 мкм) металла для получения контактных площадок (1,2,5 на рис. 8.2г) и внутренних соединений ИМС в функциональную схему, называемых межсоединениями (3,4 на рис. 8.2г). Межсоединения получают в виде полосок шириной 10¸15 мкм в обычных ИМС, в БИС до 5 мкм и менее. Основным материалом для металлизации является алюминий.

Перед металлизацией в слое окисла получают систему окон (маску) в тех местах, где должен быть контакт со слоем кремния. На рис. 8.2г это – коллектор транзистора (коллекторная область n-типа), эмиттер транзистора (эмиттерная область n-типа), анод диода (базовая область диода), катод диода (эмиттерная область диода) и контакты резистора (коллекторная область резистора). При создании металлической разводки (контактных площадок и межсоединений) сначала на всю поверхность напыляют пленку алюминия толщиной до 1 мкм. В упомянутых выше окнах маски получается надежный контакт металлической пленки с областями кремния. Основная часть пленки алюминия лежит на поверхности окисла и прочно с ним сцеплена. Методами фотолитографии удаляют ненужную часть пленки алюминия. Оставляют только контактные площадки и межсоединения. Для этого (для удаления лишнего) всю пленку алюминия покрывают фоторезистом. Засвечивают фоторезист через фотошаблон, специально полученный для данной ИМС. Проявляют, и получаю фоторезистную маску, которая защитит будущие межсоединения и контактные площадки от травителя. С незащищенных участков вытравливается ненужный алюминий. Фоторезист удаляется. После этого остаются запланированные межсоединения и контактные площадки (металлическая разводка).

Фотолитография.

Как уже указывалось, фотолитография используется для получения окисной маски (системы окон в слое окисла). Процесс фотолитографии включает в себя несколько основных операций. На кремниевую пластину – подложку, покрытую сплошным слоем окисла, наносится тонкая пленка (до 1 мкм) фоторезиста – разновидности фотоэмульсии, чувствительной к ультрафиолетовому свету. Фоторезисты бывают негативные (аналогично обычным фотонегативам) и позитивные. Примем, для определенности, в дальнейшем изложении положительный фоторезист. На слой фоторезиста накладывают фотошаблон, содержащий прозрачные окна точно такой конфигурации, которую нужно получить в слое окисла. Вне окон фотошаблон непрозрачен. Получение (изготовление) фотошаблона является очень сложной и трудоемкой задачей. Через фотошаблон засвечивают фоторезист кварцевой лампой. Затем фотошаблон удаляют. Фоторезист проявляют и закрепляют, в результате чего засвеченные участки фоторезиста (позитивного) удаляются. В фоторезисте остаются точно такие же окна, как в фотошаблоне (рисунок с фотошаблона переносится на фоторезист). Теперь через фоторезистивную маску (через окна в фоторезисте) производят травление пленки окисла вплоть до поверхности кремния плавиковой кислотой, которая не действует на кремний и фоторезист. Затем удаляют фоторезист (серной кислотой). Конечным итогом процесса фотолитографии является окисная маска на кремниевой пластине. Конфигурация окон в окисной маске в точности соответствует фотошаблону (рисунок фотошаблона перенесен на окисную пленку). Через окна в окисле можно проводить локальные диффузии (1-я, 2-я и 3-я), травление, металлизацию и др. Для каждой операции требуется своя маска, а значит, и свой фотошаблон. В цикле изготовления процесс фотолитографии используется многократно, поэтому на каждый цикл изготовления ИМС получают комплект фотошаблонов разной конфигурации. В пределах комплекта фотошаблоны согласованны, т.е. обеспечивают взаимную ориентацию и совместимость с заданной точностью. Совместимость последующих фотошаблонов с уже полученным рисунком на кристалле является довольно сложной проблемой.

Разрешающая способность фотолитографии. По мере увеличения степени интеграции и уменьшения размеров элементов ИС необходимо уменьшать размеры окон фотошаблона. Однако минимальные размера изображения на кристалле фотолитографии ограничиваются волновыми свойствами света. Так из-за дифракции света минимальный размер изображения на кристалле засветке ультрафиолетовым светом (с длинной волны 0,5¸0,2 мкм) не может быть менее 1¸0,4 мкм [1]. Однако при создании БИС и СБИС требуются уже элементы меньших размеров. Таким образом, возможности фотолитографии по разрешающей способности оказываются исчерпанными. Степь интеграции N при этом может достигать 10 и более.

Для повышения разрешающей способности необходимо использовать для засветки фоторезиста источники с меньшей длинной волны (более коротковолновые), например, мягкое рентгеновское излучение с длинной волны 1 – 2 нм.

За последние годы разработаны методы электронной литографии, позволяющие в несколько раз уменьшать размеры элементов ИС.

Суть электронной литографии заключается в том, что сфокусированный пучок электронов сканируют (перемещают по строкам и столбцам) по поверхности фоторезиста без фотошаблона. При сканировании величина тока электронного пучка управляется с заданной программой. В тех местах, которые должны быть засвечены, ток пучка максимален, а там где «затемнены» - минимален. Прогнозируется, что электронная литография может обеспечить степень интеграции N до (20¸30)10⁶ [1].