ПЛАНАРНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ

ПЛАНАРНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, планарный процесс (англ. planar, от лат. planus - плоский, ровный), первоначально - совокупность технологич. операций, проводимых для получения полупроводниковых (ПП) приборов с электронно-дырочными переходами, границы к-рых выходят на одну и ту же плоскую поверхность ПП пластины и находятся под слоем защитного диэлектрич. покрытия; в современном, более широком смысле - совокупность технологич. операций, проводимых для получения практически любых ПП приборов и интегральных схем, в т. ч. и таких, у к-рых границы электронно-дырочных переходов не выходят на одну плоскую поверхность. Термины "П. т." и "планарный прибор" появились в 1959, когда амер. фирмой "Фэрчайлд" (Fairchild) были созданы первые планарные кремниевые транзисторы.

Осн. технологич. операции при изготовлении классич. планарного кремниевого транзистора с n-p-n-переходами выполняются в след. последовательности. На отшлифованной, а затем отполированной, тщательно очищенной плоской поверхности пластины из монокристаллич. кремния с электропроводностью n-типа (рис., а)термич. окислением в сухом или влажном кислороде создают слой двуокиси кремния (SiO²) толщиной от неск. десятых до 1,0-1,5 мкм (рис., 6). Далее производят фотолитографич. обработку этого слоя (см. Фотолитография): на окисленную поверхность кремния наносят слой фоторезиста, чувствительного к ультрафиолетовому излучению; пластину с высушенным слоем фоторезиста помещают под шаблон - стеклянную пластину с рисунком, в заданных местах прозрачным для ультрафиолетового излучения; после обработки излучением фоторезист в тех местах, под к-рыми должен сохраняться слой SiO₂, полимеризуют (задубливают), с остальной части пластины фоторезист снимают и удаляют травлением обнажившийся слой SiO₂, после чего снимают оставшийся фоторезист (рис., в). Затем в участки, где нет плёнки окисла, проводят диффузию бора (акцепторной примеси) для создания в материале исходной пластины (коллекторная область) базовой области с электропроводностью р-типа. Т. к. диффузия одновременно идёт и перпендикулярно поверхности пластины, и параллельно ей, т. е. под края окисной плёнки, то границы электронно-дырочного перехода между коллекторной и базовой областями, выходящие на поверхность пластины, оказываются закрытыми слоем SiO₂ (рис., г). После проведения диффузии бора (или одновременно) поверхность пластины повторно подвергают окислению и повторно производят фотолитографии, обработку (рис., д)с целью создания эмиттерной области с электропроводностью n-типа диффузией фосфора (донорной примеси) в заданные участки базовой области. При этом границы электронно-дырочных переходов между эмиттерной и базовой областями оказываются также закрытыми слоем SiO₂ (рис., е). После диффузии доноров или одновременно с ней проводят третье окисление и над эмиттерной областью создают слой чистой SiO₂ или фосфорно-силикатного стекла. Затем производят последнюю фотолитографич. обработку и вытравливают над эмиттерной и базовой областями в плёнке окисла отверстия для контактов к этим областям (рис., ж). Контакты создают нанесением тонкой металлической плёнки (обычно Аl; рис., э). Контакт к коллекторной области . осуществляют путём металлизации нижней поверхности исходной пластины. Пластину кремния разрезают на отд. кристаллы, каждый из к-рых имеет транзисторную структуру. Наконец, каждый кристалл помещают в корпус и герметизируют последний.

Стадии изготовления планарного транзистора: а - исходная пластина; 6 - после первого окисления; в - после первой фотолитографической обработки; г - после создания базовой области и второго окисления; д - после второй фотолитографической обработки; в - после создания эмиттерной области и третьего окисления; ж - после третьей фотолитографической обработки; з - после металлизации; 1 - исходный кремний с электропроводностью n-типа; 2 - маскирующая плёнка двуокиси кремния; 3 - базовая область; 4 - эмиттерная область; 5 -металлическая плёнка (контакты).

По мере своего развития П. т. включила в себя ряд новых процессов. В качестве материала защитных плёнок используют не только SiO₂, но и нитрид кремния, оксинитрид кремния и др. вещества. Для их создания применяют пиролиз, реактивное (в кислородной среде) распыление кремния и др. процессы. Для селективного удаления защитной диэлектрич. плёнки, помимо обычной оптич. фотолитографии, применяется обработка электронным лучом (т. н. электронолитография). Для легирования кремния, кроме диффузии, используют ионное внедрение донорных и акцепторных примесей. Получило распространение сочетание методов П. т. с технологией эпитаксиального выращивания (см. Эпитаксия). В результате такого сочетания создан широкий класс разнообразных планарно-эпитаксиальных ПП приборов. Появилась возможность получать стойкие защитные диэлектрич. плёнки не только на кремнии, но и на других ПП материалах. В результате были созданы планарные ПП приборы на основе германия и арсенида галлия. В качестве легирующих примесей в П. т. используют не только бор и фосфор, но также др. элементы третьей и пятой групп периодич. системы элементов Д. И. Менделеева.

Гл. достоинство П. т., послужившее причиной её распространения в полупроводниковой электронике, заключается в возможности использования её как метода группового изготовления ПП приборов, что повышает производительность труда и процент выхода годных приборов, позволяет уменьшить разброс их параметров. Применение в П. т. таких прецизионных процессов, как фотолитография, диффузия, ионное внедрение, даёт возможность очень точно задавать размеры и свойства легируемых областей и в результате получать параметры и их сочетания, недостижимые при др. методах изготовления ПП приборов. Защитные диэлектрич. плёнки, закрывающие выход электронно-дырочных переходов на поверхность ПП материала, позволяют создавать приборы со стабильными характеристиками, мало меняющимися во времени. Этому способствует также ряд спец. мер: поверхность пластин перед нанесением защитной плёнки тщательно очищают, при создании защитных плёнок используют особо чистые исходные вещества (напр., бидистиллированную воду, к-рая после последней дистилляции не контактирует с внеш. средой) и т. д.

Лит.: Кремниевые планарные транзисторы, под ред. Я. А. Федотова, М., 1973;  Пресс Ф. П., Планарная технология кремниевых приборов, М.,1974.

Е. З. Мазель.