Планарная технология
Плана́рная техноло́гия (от англ. planar, от лат. planus – плоский, ровный), совокупность способов изготовления полупроводниковых приборов и интегральных схем путём формирования их структур с одной стороны пластины (подложки), вырезанной из монокристалла. Разработана в 1959 г. в США. Планарная технология основана на создании в приповерхностном слое подложки областей с различными типами проводимости или с разной концентрацией примесей, в совокупности образующих структуру полупроводникового прибора или интегральной схемы. Наибольшее распространение в качестве полупроводникового материала для подложек в планарной технологии получил монокристаллический кремний. В ряде случаев используют сапфир, на поверхность которого наращивают гетероэпитаксиальный слой (см. Эпитаксия) n- или p-типа проводимости, толщиной около 1 мкм. Области структур создаются локальным введением в подложку примесей (посредством диффузии или ионной имплантации), осуществляемым через маску (обычно из плёнки оксида кремния SiO2), формируемую на рабочей стороне подложки при помощи фотолитографии. Последовательно проводя процессы окисления (образование плёнки SiO2), фотолитографии (создание маски) и введения примесей, можно получить в приповерхностном слое подложки легированную область любой требуемой конфигурации, а также внутри области с одним типом проводимости (уровнем концентрации примесей) создать область с другим типом проводимости. Все области имеют выход на одну сторону подложки, что позволяет через окна в плёнке SiO2 осуществить их коммутацию в соответствии с заданной схемой посредством плёночных металлических (как правило, из алюминия Al) проводников, формируемых также с помощью фотолитографии. Плёнка SiO2, помимо использования её в качестве маски, защищает выходящие на поверхность p–n-переходы как в процессе их формирования, так и при эксплуатации полупроводниковых приборов и микросхем.
Планарная технология, как правило, включает до нескольких десятков и более технологических операций, очерёдность и условия выполнения которых строго регламентированы. В зависимости от характера воздействия на используемые материалы, целей и конечного результата, операции планарной технологии можно условно разделить на следующие основные группы: подготовка подложек (механическая и химическая обработка для получения плоской поверхности без дефектов, очистка поверхности); нанесение материала (осаждение диэлектрических и металлических плёнок на подложках, эпитаксиальное наращивание слоёв и др.); формирование конфигураций плёночных элементов и окон в плёнках (фотолитография и т. п.); формирование в подложке областей с различными электрофизическими характеристиками (диффузионное или ионное легирование монокристаллических подложек; создание плёнок поликристаллических Si, слоёв SiO2); удаление материала (химическое и плазменное травление и др.); термообработка для придания необходимых свойств материалам и элементам конструкции изделий (отжиг плёнок для снятия внутренних напряжений в них, вжигание контактов и т. п.); соединение материалов (сварка, пайка, сборка, герметизация корпусов); контрольные и подгоночные операции (контроль электрофизических свойств материалов, геометрических размеров и параметров элементов изделий; контроль дискретных полупроводниковых приборов и микросхем на функционирование и др.); вспомогательные операции (комплектация, упаковка изделий, межоперационная транспортировка и т. д.).
Характерной особенностью планарной технологии является то, что некоторые технологические операции (например, операции окисления, фотолитографии, очистки, легирования) повторяются многократно и полупроводниковые подложки проходят несколько раз одни и те же технологические участки. Каждая такая повторяющаяся последовательность операций (блок операций) формирует определённую часть структуры прибора или микросхемы (например, базовую, эмиттерную или коллекторную область транзистора, коммутационные проводники). Изменяя число блоков операций, можно изготавливать любые приборы – от диодов до сложных интегральных схем. Завершается блок контрольными операциями, позволяющими своевременно устанавливать причины возникновения дефектов (брака) и по возможности устранять их.
Планарная технология обеспечивает возможность одновременного изготовления в едином технологическом процессе большого числа идентичных дискретных полупроводниковых приборов или микросхем (до 103 и более на одной пластине). По окончании формирования приборных структур пластины разделяют на отдельные кристаллы – чипы (например, путём разрезания их алмазным диском либо скрайбирования), которые монтируют в корпус или кристаллодержатель. Групповая обработка пластин в планарной технологии обеспечивает хорошую воспроизводимость параметров приборов и микросхем и высокую производительность при сравнительно низкой стоимости изделий. До середины 1990-х гг. планарная технология – основное направление в технологии изготовления изделий микроэлектроники.