Біполярні технології розглянемо на прикладі так званої «сорокавольтовой» біполярної технології з ізоляцією p-η переходом, яка була історично першою технологією для виробництва кристалів ІМС силової електроніки. На рис. 4.1 представлений вертикальний зріз типовий напівпровідникової структури біполярної силовий мікросхеми.

Рис. 4.1. Типова структура фрагмента силовий ІМС, виготовленої за біполярної технології з ізоляцією р-п-переходом

Тут показані в узагальненому вигляді активні структури найбільш широко використовуваних в мікросхемах елементів – вертикальних п-р-п транзисторів, вертикального і горизонтального р-п-р транзисторів, резисторів, а також конструкції ізолюючих і «прихованих» шарів п+ і р+-типу провідності. Наявність у структурі двох типів конструктивної реалізації транзисторів р-п-р (вертикальної і горизонтальної) обумовлено широким діапазоном їх підсилюючих властивостей.

Коротко розглянемо послідовність виконання технологічних операцій, необхідних для виготовлення ІМС. При цьому не будемо зупинятися на режимах проведення цих операцій.

Перш за все, в високоомній підкладці р типу провідності 1 (рис. 4.1) методом дифузії сурми або миш’яку формують п+ прихований шар 2. Шар виконується з метою зменшення опору колекторних областей вертикальних п-р-п транзисторів 3 і базових областей горизонтальних р-п-р транзисторів 4, а також для зменшення коефіцієнта посилення неминуче виникають у цій структурі «паразитних» р-п-р транзисторів (на підкладку). Питомий опір п+ прихованого шару лежить в діапазоні від 10 до 30 Ом / кв.

У мікроелектроніці часто замість об’ємного питомого опору ρν зручніше користуватися поверхневим питомим опором р$. Зв’язок між ними буде зрозуміла з розгляду наступного співвідношення

де / – довжина провідної галузі; S – поперечний переріз провідної галузі; b – ширина провідної галузі; h – глибина провідної галузі; п – число квадратів.

Потім методом дифузії бору створюють р+ прихований шар 5, який використовується для кращої електричної ізоляції елементів один від одного.

Далі нарощують епітаксійних плівку 6 η-типу провідності товщиною 15 ± 1,5 мкм (для 40 В процесу) і pv = 4,5 ± 0,45 Ом · см. Для легування епітаксіальної плівки використовується сурма або миш’як через їх низьку дифузійної здатності.

Методом дифузії бору формують шар поділу 7. Для хорошої ізоляції елементів шар повинен досягти р+ прихованого шару.

Область глибокого колектора 8 транзисторів η-ρ-η-типу створюється методом дифузії фосфору. Ця область повинна досягти області п + прихованого шару для зменшення величини послідовних опорів тіла колектора п-р-п транзистора і бази р-п-р транзистора.

Область бази 9 формується методом дифузії або іонного легування бору.

Область емітера 10 формується методом дифузії або іонного легування фосфору.

На вийшла напівпровідникової структурі розкриваються контакти до областей в міжслойна діелектрику 11. міжслойна діелектрик включає три шари: нижній шар двоокису кремнію, шар нітриду кремнію і верхній шар двоокису кремнію. Нижній шар міжшарового діелектрика складається з двоокису кремнію товщиною 0,3 мкм і сформований методом окислення, що забезпечує якісну межу розділу підкладка-двоокис кремнію. Шар нітриду кремнію товщиною 50 нм формується шляхом амонолізу діхлорсілана і використовується для створення конденсатора. Товщина нітриду кремнію вибирається виходячи з необхідності отримання необхідного значення ємності конденсатора. Верхній шар двоокису кремнію формується методом піролізу тетраетоксисилану (Si (OC2H5)4) При температурі 650 750 ° С. Цей шар може бути або нелегір ванним (середньотемпературна оксид кремнію), або легованих фосфором (среднетемпературноє фосфоросілікатное скло – СТФСС). Товщина верхнього шару двоокису кремнію 0,55 ± 0,05 мкм вибирається таким чином, щоб забезпечити роботу мікросхеми при напрузі живлення 40 В. Крім того, при такій товщині досягається необхідний поріг паразитного рМОП транзистора (більше 50 В).

Методом напилення формується металізована розводка 12 Al-Si (l%) товщиною від 1 до 3 мкм. Велика товщина необхідна для більш потужних приладів з метою зменшення щільності струму в доріжках металізації. Допустима щільність струму – 2 · 105А / см2 (Зазвичай) або 5 * 105А / см2 (Для приладів, які мають неорганічне покриття).

Завершується процес виготовлення створенням пасивуючого покриття (оксиду) 13 – НТФСС (низькотемпературне фосфоро-силікатне скло).

Для зниження величини теплового опору кор потужних силових приладів проводиться утонение пластини з 460 мкм до 350 мкм (для пластин діаметром 100 мм) механічної шліфуванням зворотного боку пластини. Крім того, якщо при складанні в корпус використовується посадка кристала на пайку, то на зворотну (непланарную) сторону пластини наносять металлизацию 14 (Ti / W / Ag).

Процес орієнтований на створення п-р-п транзисторів, р-п-р транзистори та інші елементи формуються з областей п-р-п транзисторів 3. р -п-р горизонтальний транзистор 4 виходить на основі шару р бази п-р-п транзистора. Резистори 15 можуть формуватися на основі шару р бази п-р-п транзистора або робитися окремим шаром.

Джерело: Білоус О.І., Єфименко С.А., Турцевич А.С., Напівпровідникова силова електроніка, Москва: Техносфера, 2013. – 216 с. + 12 с. кол. вкл.