Ви є тут

Електричні параметри елементів інтегральних схем в умовах дії радіації

Автор: 
Храмов Євген Пилипович
Тип роботи: 
Дис. канд. наук
Рік: 
2005
Артикул:
3405U002121
129 грн
Додати в кошик

Вміст

РАЗДЕЛ 2
ОБЪЕКТЫ, УСТРОЙСТВА И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ
Поскольку в настоящей работе исследовались процессы радиационного
дефектообразования и взаимодействия радиационных дефектов с исходными дефектами
в основном кремния и германия, то в качестве объектов исследования наряду со
структурами металл-полупроводник, металл-диэлектрик, электронно-дырочный
переход выбраны:
биполярные планарные транзисторные n-p-n структуры;
униполярные интегральные МОП (металл-окисел-полупроводник) структуры;
биполярные ИС ТТЛ с изоляцией элементов окислом.
На рис. 2.1 приведены типичные схемы объектов исследования.
2.1. Технологические вопросы
2.1.1. Механическая и химическая обработка.
Слитки кремния, выращенного по методу Чохральского, ориентировались с точностью
±30` на рентгеновском дифрактометре "Дрон-2". Пластины вырезались
перпендикулярно кристаллографическому направлению (111) на станке "Алмаз-6".
Толщина пластин - 510±20 мкм. После резки пластины шлифовали связанным
абразивом, затем полировали алмазной пастой АСМ 3/2. Класс чистоты поверхности
кремния после обработки – 12. Далее рабочую сторону пластин полировали алмазной
пастой АСМ 1/0. Нарушенный слой после обработки не превышал 4-6 мкм. Удаление
нарушенного слоя с поверхности пластин вели химико-механической полировкой
составом на основе суспензии аэросила (мелкодисперсный кварцевый порошок) и
этилендиамина. РН полировального раствора в пределах 10-11 единиц, скорость
съема составляла 4-5 мкм/ч. Величина съема 6-10 мкм.
Оценка качества пластин проводилась по наличию на поверхности исчезающих и
неисчезающих рисок алмазного фона после химической обработки с помощью
травителя Сиртла(100 мл Н2О – 100 мл HF + 50 u Cr203) [146]. Полученные
пластины имели зеркально гладкую поверхность 14-класса чистоты[63,64].
2.1.2. Кремниевые планарные транзисторные структуры.
Их топология приведена на рис. 2.2. Перед проведением термических операций
кремниевые эпитаксиальные структуры 15 КЭФ4, 0/40КЭС 0,01 обрабатывались
кипячением 5 мин в растворе №1 ( 4 ч H2O + 1 ч H2OH + 1 ч H2O2) и растворе № 2
(4 ч H2O + 1 ч HCl + 1 ч H2O2). Затем проводили окисление образцов в печи
СДО125/4 при Т = 1200 ±3єС. Толщина выращенного SiO2 0,6 мкм. Этот слой служил
маской при диффузии бора.
После создания окисной маскирующей пленки проводилась фотолитография для
диффузии бора. В местах будущей базы фоторезист стравливался, обнажая окисел
SiO2, который стравливался в специальных травителях до чистого кремния.
"Загонка" бора осуществлялась в реакторе печи СДО125/4 при Т = 940єС в
атмосфере аргона до получения поверхностного сопротивления Rs = 60 Oм/р. Для
формирования базового слоя с необходимым распределением концентрации примеси
проводилась "разгонка" примеси бора при Т = 1150єС. Глубина диффузионного
перехода – 3.5 мкм. После разгонки бора проводилась фотолитография под эмиттер
транзистора. Область эмиттера создавалась диффузией фосфора из PCl3 при
Т=1050єС в атмосфере кислорода. Глубина эмиттерной диффузии – 2,5-3 мкм. Для
формирования контакта в области базы и эмиттера проводилась фотолитография под
контакты, после этого на пластинку кремния напылялся слой алюминия толщиной 1,5
мкм. Напыление велось в установке электронно-лучевого напыления [65]. После
литографии по металлизации алюминий вжигался при Т = 550є С в атмосфере аргона
в течение 15 мин. Полученные структуры герметизировались в металлостеклянном
корпусе КТЗ.
2.1.3. Планарные структуры МОП ИС.
Топология планарных структур МОП ИС показана на рис. 2.3. Маскирующий слой SiO2
выращивали окислением в реакторе диффузионной печи при Т= 1100±1єС. Глубина
залегания p-n перехода 3,5-4,0 мкм, Rs = 180 Ом/р. С помощью 2-й фотолитографии
вскрывались "окна" под затвор и контакты. Окисление под затвор проводили при Т
= 1150є С в атмосфере сухого кислорода, толщина SiO2 – 1200-1300 Е. С помощью
3-й фотолитографии были сформированы "окна" к областям стока и истока.
Проводилось напыление алюминия на установке "Элана".
А.
Б.
В.
Г.
Рис. 2.1. Электрические схемы исследованных ИС:
А.
Б.
В.
Г.
Рис. 2.2. Геометрия кремниевых транзисторных структур и их топология
Рис. 2.3. Интегральная схема, изготовленная по МОП-технологии
На 4-й фотолитографии гравировались токоведущие дорожки и контактные площадки,
после чего алюминий вжигали при Т = 450є С в течение 5 мин с последующей
термообработкой в течение 2-х часов при Т = 300є С[66].
Так создавалась интегральная структура на основе 28 МОП-транзистор, 2-х
диффузионных резисторов и 2-х МОП-емкостей. Структуры герметизировались пайкой
в плоские металлокерамические корпуса.
2.1.4. Биполярные структуры ИС ТТЛ.
Биполярные ИС [66] изготовлялись на монокристаллическом кремнии n-типа (рис.
2.4), удельное сопротивление 0,35 ОмЧсм, плотность дислокаций не более
103см-2.
Для улучшения динамических параметров ИС и снижения времени жизни н.н в базе
проводилась дополнительная диффузия золота в атмосфере сухого кислорода при Т =
650єС, 25 минут. Готовые структуры герметизировались пайкой в плоском
металлокерамическом 14-выводном корпусе.
Для проведения исследований процессов в элементах ИС изготовлены тест-ячейки
(рис. 2.5). Они представляют собой набор элементов микросхемы: транзисторы,
диоды и резисторы различной конфигурации [60]. Тест-ячейки выбирали из партии,
предназначенной для исследований воздействия облучения и изготавливаемой по
единой технологии. Элементы тест-ячеек разваривались и герметизировались в
корпусах ИС по стандартной технологии.
Тест-ячейки облучались гамма-лучами и нейтронами до тех же флюэнсов и при тех
же потоках, что и испытуемые ИС и структуры металл-полупроводник и вместе с