планарный процесс (англ. planar, от лат. planus - плоский, ровный), первоначально - совокупность технологических операций, проводимых для получения полупроводниковых (ПП) приборов с электронно-дырочными переходами (См.
Электронно-дырочный переход)
, границы которых выходят на одну и ту же плоскую поверхность ПП пластины и находятся под слоем защитного диэлектрического покрытия; в современном, более широком смысле - совокупность технологических операций, проводимых для получения практически любых ПП приборов и интегральных схем (См.
Интегральная схема)
, в том числе и таких, у которых границы электронно-дырочных переходов не выходят на одну плоскую поверхность. Термины "П. т." и "планарный прибор" появились в 1959, когда американской фирмой "Фэрчайлд" (Fairchild) были созданы первые планарные кремниевые транзисторы.
Основные технологические операции при изготовлении классического планарного кремниевого транзистора с
n-p-n-переходами выполняются в следующей последовательности. На отшлифованной, а затем отполированной, тщательно очищенной плоской поверхности пластины из монокристаллического кремния с электропроводностью
n-типа (
рис., а) термическим окислением в сухом или влажном кислороде создают слой двуокиси кремния (SiO
2) толщиной от нескольких десятых до 1,0-1,5
мкм (
рис., б)
. Далее производят фотолитографическую 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 которыми должен сохраняться слой SiO
2, полимеризуют (задубливают), с остальной части пластины фоторезист снимают и удаляют травлением обнажившийся слой SiO
2, после чего снимают оставшийся фоторезист (
рис., в). Затем в участки, где нет плёнки окисла, проводят диффузию (См.
Диффузия) 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 SiO
2 (
рис., г). После проведения диффузии бора (или одновременно) поверхность пластины повторно подвергают окислению и повторно производят фотолитографическую 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 SiO
2 (
рис., е). После диффузии доноров или одновременно с ней проводят третье окисление и над эмиттерной областью создают слой чистой SiO
2 или фосфорно-силикатного стекла. Затем производят последнюю фотолитографическую 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 Al;
рис., з). Контакт к коллекторной области осуществляют путём металлизации нижней поверхности исходной пластины. Пластину кремния разрезают на отдельные кристаллы, каждый из которых имеет транзисторную структуру. Наконец, каждый кристалл помещают в корпус и герметизируют последний.
По мере своего развития П. т. включила в себя ряд новых процессов. В качестве материала защитных плёнок используют не только SiO
2, 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 диэлектрической плёнки, помимо обычной оптической 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 диэлектрические 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 периодической системы элементов Д. И. Менделеева.
Главное достоинство П. т., послужившее причиной её распространения в полупроводниковой электронике (См.
Полупроводниковая электроника)
, 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 диэлектрические плёнки, закрывающие выход электронно-дырочных переходов на поверхность ПП материала, позволяют создавать приборы со стабильными характеристиками, мало меняющимися во времени. Этому способствует также ряд специальных мер: поверхность пластин перед нанесением защитной плёнки тщательно очищают, при создании защитных плёнок используют особо чистые исходные вещества (например, бидистиллированную воду, которая после последней дистилляции не контактирует с внешней средой) и т.д.
Лит.: Кремниевые планарные транзисторы, под ред. Я. А. Федотова, М., 1973; Мазель Е. З., Пресс Ф. П., Планарная технология кремниевых приборов, М., 1974.
Е. З. Мазель.
Стадии изготовления планарного транзистора: а - исходная пластина; б - после первого окисления; в - после первой фотолитографической обработки; г - после создания базовой области и второго окисления; д - после второй фотолитографической обработки; е - 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).