Способ изготовления интегральных схем

Способ изготовления интегральных схем

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть.использовано при изготовлении аналоговых интегральных схем с повышенной радиационной стойкостью к стационарному ионизирующему излучению. Цель изобретекия - уменьшение деградации электрических параметров анап гормх ИС при воздействии непрерывного ионизирующего излучения путем последовательного облучения радиационно-чувгтпнтельньгх элементов схемы (У -частицами и Г-квантами с последующим отжигом. Транзисторы раднационно-чупгтвительных каскадов схемы выполняют составными , после формирования активных н пассивных элементов в изолированных монокристаллическчх карманах кремниевой подложки проводлт подгонку коэффициентов усиления составных транзисторов путем введения радиационных дефектов в область перехода эмиттер - база облучением оЈ -части10 (О цами флгоенсами 1 затем все )f-квантами флюенсами 5-10 и . „17 - 5-10 см ;-2 хЮ17смэлементы схемы облучают в.. 5 и отжигают при 180-220 С SS (Л в течение 60 мин. 1 ил.

СОЮЗ СОЕЕтСКИК

СОЦИА ЛИСТ ИЧЕСН И К

РЕСПУБЛИК

„., ЯО „„1 67107() (5i)5 Н 01, I, 21/265, 21/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н д BTGPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ отщига.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (46) 23.05.93. Бюл. N 19 (21) 4749089/25 (22) 11.10.89 (71) Научно-производственное объединение "Ротор" и Научно- исследовательский институт прикладных физических проблем им,A.Í.Ñåâ÷åíêî (72) Н.Ф.Голубев, А.В.Латышев, В,М.Ломако, Ю,M.Ïðoõîöêèé, Е.Д.Савенок, Г.И.Огурцов и О.В.Тарасова (56) Авторское свидетельство СССР

Р 987711,, кл. Н 01 Ь 21/283, 1983.

Авторское свидетельство СССР

Р 1340477, кл. Н 01 Ь 21/26, 1987. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ (57) Изобретение относится к микроэлектронике и может быть,использовано при изготовлении аналоговых интегральных схем с повышенной радиационной стойкостью к стационарному ионизирующему излучению. Цель изобИзобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано при изготовлении аналоговых интегральных схем (ИС) частного применения с повышенной радиа— ционной стойкостью к стационарному иониэирующему излучению.

Цель изобретения — увеличение ради» ационной стойкости интегральных схем за счет уменьшения деградаций электрических параметров.

На чертеже показана зависимость ф от температуры стабилизирующего

2 ретения — уменью .ние деградации элс ьтрических параметров акал 1говых ИС при воздействии непрерывного ионизируюшего излучения путем последовательного облучения радиационно-чувств тельных элементов схемы (}(-частицами и

-квантами с последующим отжигом.

Транзисторы радиационно-чувствительных каскадов схемы выполняют составными, после формирования активных . и пассивных элементов в изолированных монокристаллических карманах кремниевой подложки проводят подгонку коэффициентов усиления составных транзисторов путем введения радиационных дефектов в область перехода эмиттер — база облучением 0(-частицами флюенсами 1 10 — 5 10 си (О 11 . затем все элементы схемы облучают

1 -квантами флюенсами 5 10 — 5 " (6 х10 см и отжигают при 180-220 С

17 о в течение 60 мпн. 1 ил.

В предлагаемом способе транзисторы радиационно-чувствительных каскадов схемы выполняют составными, подгонку коэффициентов усиления составных транзисторов проводят путем введения радиационных дефектов в область пере хода эмиттер-база облучением флюенсами 1 10 — 5" 10 частиц/см, за<5 . lf тем все элементы схемы облучают -квантами флюенсами 5 10 — 5" х10 кв см и от ц гают при 180- 20 С. Ч 2 о

Сущность предлагаемого способа заключ iется в следую. ем °

1бПО О

При эксплуатации аналоговых микросхем в полях радиации происходит не- обратимое иэменение их параметров1 среди которых наиболее радиационно5 чувствительными являются коэффициент усиления К и входной ток I><- Крои ме уменьВВения К,1 и возрастания ?@, в результате воздействия облучения происходит измЬненне смещения нуля, увеличивается,разность входных токов по иивертирувВ(ему и нейнвертирующему входам.

Радиационная стойкость операциои" вых усилителей в аарвув ОЧередь .опре- 15 . деляется чуветвительиостВю к облуче1нее транзисторов, (ВОторые в схеме работают s аВВтВВИВВОВВ ремам и обеспечивают высокВВЮ к034фВВщввит усиления. деградация ковечв юеита. усВВлеиия ф0 трайзистщюв eaasaaa с Образованием радиациОЗФнмз рвм694вВВиацнбнянх цвви ров и Обьеме арезиВВИВ ВВ ВВрипоВеухЯоетвой 066®CTN»

В иредиагаеВВОВВ еВВОеобе иоамвеиие 35 рааиаВВиоиаай езчИЬОета еВВеВм х воэМ т3н .ветен -эа Фмт ээедвюв6 в техиОФВО ги нВскзФВ щрОВВюее ОВзвфаВВВВЙ рФВВВвциои ао4 ебрабет)ив Длв это. гО ис1ВВФВФвуФ% езВ ФОВВВФДЩМ ельиое Об» лучевВВФ МраВВзфстщюв фу «чэстмВВвВФВ и еваВВтаиВВ, ебвеВВечиваВВеиеВ ввадвВВВВе в стРУХ тавВВх РаВВВВаВВВВОи1аВх Де-. фектов иоторВВв ВВОВВВвввВвт Фувствитель» воздействие 06ВВумиив «р» «спользовании в аииарвв е. ОблУчениВвВ g -«ва»" тами двеМВВФ аетев уетра еи Феаюс рой» комиовеитм деградаВВВВ» Qq (Ô) ьбработ;В0 уцвК-чфстФВцами ввОВВВВт в структуру М . Ъ ийо, использование з(,--облучения необходимо для точной подгонки козффицзимтов усиления транзистОРОв е g5 иснользуВвепВ s дифференциальных каскадах схенн. В предлагаемом способе

Ж-частицами облучалнсь только трап- 1 эисторы, обеспечивающие достивенне заданного козфФЫциента усиления схе

Ма так как нет необходимости обрабатывать К-частицами пассивные элемен-. ты (диффузионные резисторы) или транзисторы, используемые в генераторе стабильного тока дифференциального каскада.

Так как введение радкационных дефектов в активные области транзисторов приводит к уменьшению коэффнцитнта усиления, необходимая величина усиления каскада достигается эа счет использования составных транзисторов, для которых коэффициент усиления дает ся выракеннем

+ hg(+ hz, ° h2i (1) (t) (z) (q) ® 1Ъ э з В э у i () (z) где hz, н hz<> - коэффициенты усиЭ леяия первого и второго транзисторов соответственно.

Иэ вырааения (1) видно, что Ь 1 ф х 100-400 каскада могут быть получены на транзисторах со значениями (М)

Ь ц„- 10-20.

В данном способе предлагается

see траязисторы схемы .после операций изготовления контактов и иекэлеиенч нйцс соединений и облучения М -час" тицами, Обработать -излучением фивеисами 5 ° 10 - 5 ° 10 кв/си .

Величмиа фпюенсов выбрана экспери- . ментально и соответствует "насыщению" иоииэациовного изменения Ь 2t тран9 эистора от флвеиса облучення, при

4йвевсах выие 5 10 кп/см ухудиают4 ся такие характеристики транзйстора, «ак обратные текн.р-л-Перехода, шумовые характеристик», появляется более сильна» эависВВВость нараметроа от темивратуры; Соответственно не

ОбесивчйваВется и эксплуатационные характеристики ВИВтегральной схемы, например, по входным токам.

0снОВИые усилительные каскады опе» рациОиВВОго усилителя выполнены по диф4 ереициальиой схеме. Транзисторы в дифференциальном каскаде долины

Ийеть идентичные карактеристики. После обработки It -«вантамн мопет появляться напряввние разбаланса, так как радиацнониые свойства оксидного цокрытия могут несколько различать« ся и транзисторы могут иметь различные величины Ь, 1

Подгонку параметров транзисторов в предлагаемом способе осуществляют путем облучение в(частицами от изотопного источника. Обнаружено, что после облучения ф-частицами параметры транзисторов выравниваются. Это

l связано с тем, что ф -облучение вводит радиационные дефекты в объем базы более эффективно, чем в приповерхностцую область, и изменение коэффициента усиления транзисторов on5

16 ределнется рекоибинатгиотгными процессами в области объемного заряда р-и-перехода эмиттер — база. После т;облучения и стабилизирующей термо -1 обработки величины h 1 обоих тран21э эисторов выравниваются, так как определяются заданной концентрацией радиационных дефектов, а не технологическими разбросами концентрации неконтролируемых центров реком— бинации. ДлЯ точной подгонки hgIЭ э fo используют флюенсы облучения 1 ° 10

5 10 частиц/си . При потоках выше

11

5 ° 1О час тиц/си величкна h >I отдельII з

9 но взятого транзистора уменьшается ниже 10 и ухудшаются такие параметры, как обратные токи р-п-перехода.

При флюенсах ниже 1 ° 10 частиц/см

10 изменение величины h>1 составляет меЭ нее 10Х, что не позволяет достигнуть идентичности характеристик "подгоняемых" транзисторов. Кроме того, схема, в которой транзисторы имеют очень большие коэффициенты усиления, склонна к самовоэбуждению из-эа паразитных положительных обратных связей.

Для того, чтобы поСле bC обработки не возрастали обратные токи коллекторного р-п-перехода, управление (г,21 величиной h, в предлагаемом способе осуществляют за счет изменения ! эффективности эмиттера н скорости рекомбинации неосновных носителей в базе транзистора. Для этого пробег

Д-частиц в Si устанавливают равным глубине залегания эмиттеряого р-п-перехода вертикального транзистора.

Введение радиационных дефектов в о6ласть объеиного заряда эмиттерного перехода увеличивает рекомбинационные потери носителей, следствием чего является снижение h21, кол21Э лекторный переход,р-п-переход и область коллектора практически не повреждается. Следствием этого является также повышение критического потока повреждения транзистора при использовании -обработки, так как одной из причин выхода транзистора из строя является появление последова" тельного сопротивления из-за компенсации кремния радиационными дефектами в коллекторной области.

В предлагаемом способе стабилизирующий отжиг преДлагается проводить при 180-220 С. Температура (220 С) 71070 на верхнем пределе оноеJ«-и. на экспериметгтально и соответств, ет тга галу стадии отжтт.а радиационных дефектов, 5 котс рые ответствентгт г За бьгс грую коиттоненту изменения h21 прп попив

23 зирующегг излучении, те1ггн атуры ниже

180 С не обЕспечивают стабилпэацгтгй . параметров схемы. Так как в ряде случаев после изготовления кристаллов

ИС их необходимо нагревать дс 300350 С (например, при посадке кристаллов в корпус на эвтектику Au-Si илй приклейку полиимидным лаком), s cno собе возможна и такая последовательность операций: вначале может быть проведена операция подгонки коэффициентов усттления облучением 0(-частицами, затеи скрайбирование и посадка

20 кристаллов в корпус, а после этогорадиационная обработка g -квантами и стабилизирующий параметры термический отжиг. Времена стабилизирую-. щего отжига совпадают с временами

25 отжига гто прототипу.

Способ испытывался при изготовлении аналоговых биполярных интегряль" ных схем (операционных усилителей).

Промышленным аналогом этой схемы яв3р ляется операционный усилитель типа

140 УД 1. по сравнению с известной в предлагаемой схеме на составных транзисторах выполнен второй каскад усиления (которъгй обеспечивает коэффициент усиления 280-300} и выходной каскад. Первый каскад усиления (коэффициент усиления 4-5.) не является определяющим в деградации коэффи" циента усиления операционного усилите40 ля. В то же время обнаружено, что радиационно-термическая обработка ф,-частицами транзисторов входного какаскада существенно ухудшает входные токи усилителя.

45 П р и и е р 1. В матричном кристалле, в качестве которого использовался кремний с диэлектрической изоляцией !

2КЗФ-1 0 (марки КСДИ 60 — —.--г.= - — -} э КВр380 Si Sip 1,8

50 манях из монокристаллнческОГо крекния стандартными методами окисления (на поверхности создают слой толщиной

0,6 мкм), диффузии и раэгонки примесей, тгсталлизации и вжиганття контактов формируют биполярные транзисторы и диффузионные резистсры. коэффициенты усиления транзистсротт h 21

Э

200-250 обеспечиваютстт форггтгровани; ем фазовой области толттгиттс и 0,71671070

Пример 5. Аналогично примеру

1, эа исключением того, что температуру стабилизирующего отжига уг санавливают 220 С.

П р и и е р 6. Аналогично примеру

1, эа исключением того, что температуру стабилиэируюшего отжига уста-навливают 180 i.

0,8 мкм и концентрацией легирующей примеси 2 ° 10 см . Элементы соедиrl няют проводящими дорох(хами согласно принципиальной схеме (см.чертех(),в 5 которой радиационно-чувствительные транзисторы выполнены составными.

Перед операцией селективной радиационно-термической обработки рс-частицами с планарной стороны на пластины наносят слой фоторезиста толщиной

Ф 3 мкм, и методом фотолитографии

l вскрывают окна над эмиттерными облас« тями составленных транзисторов. 3атем гщастины помещают в облучатель- !5 ную установку с источниками вС -частиц на основе изотопа 9tu уменьшают энергию б -частиц путем использования лавсановой пленки и регулированием расстояния мехду поверх- 20 ностью пластины и источника таким образом, чтобы максимум в паспределейии ф, -частиц приходился на глубину залегания эмиттерного р-и-перехода (= 1,2,мкм от поверхности кремния) и нроводят облучение флюенсом

1 1О " 6C-частиц/см . Затеи пластины помещают в камеру изотопной установки ИРХ-$-25 М, где обрабатывают

-квантами флюенсами 1 ° !О кв/см2 . 30 алее стабилизируют параметры отхгигом пластин при 200 C в течение

60 мин. После разделения пластин на кристаллы монтащ кристаллов в корпус производят путем приклеивания ком- 35 паундом на основе эпоксидной смолы (ЭД-6).

П р и и е р 2. Аналогично примеру 1, эа исключением того, что флюенс облучения -квантами устанйвли- 40 вают равным 5 10 кв/см .

П р н м е р 3. Аналогично примеру

1, эа исключением того, что флюенс облучения -квантами устанавливают равниаг 5 <10 ????>

t7

П р и и е р 4. Аналогично примеру

1, за исключением того, что облучение "квантами проводят фпюенсом 1х г10 частиц/см .

Л р и м е р 7. Аналогично примеру 1, за исключением того, что облу" чение (х "частицами проводят флюенсом 5 ° 10» частиц/смг.

Изготовленные.по предлагаемому способу схемы обладали такими х(е эксплуатационными параметрами как серийные (!40 УД !). Схемы, изготовленные с применением РТ0, имели время установления выходного напряжения

0,5-0 7 мкм и частоту единичного усиления - 1,1-1,2 МГц. Испытания на радиационную стойкость ИС прово" дились на иэотопной установке АРХf-25 М при интенсивности флюенса облучения 590 P/ñ и температуре облучения 43 С. Контролировались следующие параметры ИС: коэффициент усиления по напрях(ению К» входной ток смещения I разность входных токов вх . х?ех, входное напряжение смещения нуля И„„„; потребляемый схемой ток

I при номинальном напрях(енин питаff ния.

Ф

В качестве показателей, характеризующих стойкость изделий к непрерывно" му 2I(-излучению, выбраны следующие: показатель допустимой стойкости— значение флюенса облучения (Фк), при котором значений параметров ИС не выходят за допустимые по ТУ пределы (по К вЂ” sa ЗОХ изменение)1 начальная скорость деградации коэффициента усиления ((! где K (Ф и К (Ф ) . — значения коэффициентов и усиления схемы при флюенсах Ф и Ф 1(Ф1 1) (i)

1Исг 7 Ф )1

К и значение коэффициента усиления схемы до о блу" чения.

Из полученных данных следует1 что поставленная цель достигается при вариации параметров радиационно"терм« веской обработки внутри заявленных интервалов, приведенных в отличител) ной части формулы изобретения. При этом обеспечивается повышение радиационной стойкости схем без ухудшения исходиьм параметров, связанных с про

1671070 чедением операции PTO. Наиболее оптимальными режимами РТО являлись: облучение Ж -частицами флюенсами

5 ° 10 - 5-10 частиц/см и »кванlO

×7 5 тов 5 10 - 5 ° 10 кв/см, пвк которых Ф превышало 5 10 кв/си (величину, которая достигнута на схемах, изготовленных на структурах

КСДИ, по способу-прототипу). 10

При выходе возможных комбинаций параметров режимов PTO за пределы заявленного интервала (температуры стабилизирующей териообработки выше

220 С) радиационная стойкость заявля- 15 емой схемы не превышала стойкостй схем изготовленных по способу-прото-! типу с использованиеи только б -РТО, но была значительно выше стойкости серийной схемы (140 УД 1) с такими 20 же исходными эксплуатационными характеристиками. При температурах стабилизирующего отжига ниже 180 С обесдечивалась радиационная стойкость ИС однако при исследовании долговреиеи- 25 ной стабильности электрических параиетров (100 ч при t25 C при приложении напряжения питания + 12,6 В) обнаружена деГРадация К и и I. „ что недопустимо по ТУ (см.чертеж,на ЗО котором видно, что стадия отжига, еп" ределяющая стабильность характерисо тик при 125 С, находится при 150170аС). .

При использовании в технологическом процессе флюенсов облучения

-квантаии выше 5 .1О кв/см схемы.

"имели низкую ра:ариадн иную стойкость по параметру I >.

Предлагаемый способ изготовления аналоговых ИС цо сравнению с иэяест ными способамн имеет следующие преимущества: рбеспечивает повышение радиационной стойкости для заданных Оо

ТУ значений исходных параметров; обеспечивает улучшение воспроизводимости параметров схем в партии.

Формула изабгетения

Способ изготовления интегральных схем, включающий формироваиие в изолированных монокристаллических карманах кремния транзисторов, диодов и пассивных элементов, соединение элементов проводящими дорожками в необходимой последовательности, подгонку электрических параметров транзисторов путем обнуления р6 -частицами выбраннык участков схемы и тер мическяй отжиг, о т л и ч а ю щ а йс я тем, что, с целью увеличения радиационной стойкости интегральных схем за счет уменьшения деградации электрических параметров,. транзистор каскадов схемы с большим коэффициентом усиления выполняют составными, подгонку параметров проводят путем введения радиационных дефектов в область перехода эмиттер-база облучением ОС -частицами флюенсамн (1 10 — 5 10 } см, затеи все эле<о И менты схемы облучают It-квантаии флюенсаии (5 ° 10 - 5 10 ) см, а от,ff жиг проводят при 180-220 С.

1671070 аам очаг и

Гоставите!и Д.Карпов

Техреп Г.11игунова

Редактор С.Рекова

Корректор Л.Патай

Закаа 1979 Подпигное

В1!1П!11!! Г, гу гар! rl««Ill«». i, «! г1 га и i ич!!бретениял и открв1тиял1 ири 1 !!1г! (Т! Р

111(i < !1 «í,i, ri(-15, Раушская наб., "!. 4/5! и раж!! !!

Пр и з!,оцгтт!гiii! -!! «и.aт i,! !.it!! к i÷(a!aaT 11атеиг, . Улг!!род, уи. агарин,1, 101

10 р9

g8

07

0о

04 3

02

0f б

m0 1 г00 ZSO т Л0 Ю0 r ñ