Планарная технология

Метод выращивания кристалла

По методу выращивания кристалла в тигель с расплавленным материалом опускают «затравку» монокристалла того же химического состава и затем ее медленно поднимают вместе с нарастающим монокристаллом, одновременно слабо вибрируя или вращая для перемещения расплава. Этот метод часто применяют после зонной плавки. Методы зонной плавки и выращивания кристалла из расплава хороши для очистки германия. Для кремния, который химически очень активен вблизи температуры плавления, применяют бестигельную плавку – вариант зонной плавки, в котором исключена возможность перехода примесей из стенок тигля в кремний. В бестигельной плавке слиток подвешивают вертикально, а катушка индукционного нагрева перемещается сверху вниз. При послойном расплавлении нижняя часть слитка удерживается с верхней силами поверхностного натяжения. Качество получаемых монокристаллов полупроводника контролируется металлографическими испытаниями и электрическими измерениями.

После ориентации (определения в монокристалле основных кристаллических плоскостей) полученные монокристаллические слитки нарезают на множество тонких пластин либо с помощью стальных полотен, смачиваемых суспензией, в состав которой входит тонкий абразивный, порошок, либо алмазными дисками, охлаждаемыми струей воды. Для удаления неровностей, доводки толщины и получения параллельности поверхностей пластины шлифуют на шлифовальных кругах. После шлифовки на поверхности остаются слои с механическими нарушениями, с искажениями кристаллической решетки и остаточными механическими напряжениями. Эти слои удаляются полировкой, обычно химической, которой иногда предшествует и механическая. Химическая полировка представляет собой растворение поверхностного слоя полупроводника химическими реактивами-травителями. Перед травлением пластину очищают и обезжиривают в органических растворителях и промывают в деионизированной воде. После обработки параллельность плоскостей пластины достигает одного и даже долей микрометра на сантиметр длины. Такие пластины после тщательной очистки идут на изготовление полупроводниковых приборов.

В общем случае пленарным называют переход, образованный в результате диффузии примесей сквозь отверстия в защитном слое, нанесенном на поверхность полупроводника. Под планарной технологией понимают более узкую совокупность технологических операций создания кремниевых полупроводниковых приборов и интегральных микросхем методами локальной диффузии с использованием оксидных масок – трафаретов, обеспечивающих избирательную защиту отдельных участков пластины – подложки. Оксидную маску получают методом фотолитографии. Некоторые вещества, находящиеся на поверхности полупроводника, препятствуют диффузии в него ряда примесей. Слой двуокиси Si0 ₂ толщиной 0,5…1,0 мкм препятствует диффузии бора и фосфора. Слой (пленку) двуокиси получают термическим окислением кремния либо в атмосфере сухого или влажного кислорода, либо в парах воды при температуре выше 1000°С. Далее методом фотолитографии в отдельных местах пленки образуют отверстия нужных конфигураций и размеров.

Фотолитография – это процесс получения на поверхности пластины требуемого рисунка.

Сущность фотолитографии заключается в следующем (рис. 4). На слой двуокиси наносят слой фотоэмульсии – так называемого фоторезиста. После сушки слой фоторезист ФР засвечивают ультрафиолетовым светом через стеклянный или кварцевый фотошаблон ФШ с белыми и черными тонами, соответствующими рисунку оксидной маски. После удаления в проявителе незасвеченных участков фоторезиста (или засвеченных в зависимости от того, применяется негативный или позитивный фоторезист), оставшийся фоторезист закрепляют (дубление). Далее производят травление слоя двуокиси кремния (вплоть до поверхности полупроводника) в тех местах, где он не защищен слоем фоторезиста. После травления остатки фоторезиста удаляют химическим путем. Таким образом, на поверхности пластины кремния получают оксидную маску с необходимой совокупностью отверстий – окон, через которые в дальнейшем и производится диффузия примесей.

Рис 4. Основные этапы фотолитографии

При изготовлении самого перехода (рис. 5) исходной заготовкой служит пластина кремния n⁺-типа 1 с очень высокой удельной электропроводностью (для получения малого объемного сопротивления базы). На одной из граней пластины эпитаксиальным наращиванием получают тонкий (толщиной в несколько микрометров) слой кремния 2 того же типа электропроводности, но с большим удельным сопротивлением для получения высокого пробивного напряжения перехода. Нанеся на него оксидную маску 3, переходят к высокотемпературной диффузии акцепторов (обычно бор или алюминий). Проникая сквозь окно к поверхности полупроводника, примесные атомы образуют под этим окном область кремния p-типа 4 и p-n переход 5. Во время диффузии окно, через которое осуществлялась диффузия, вновь покрывается тонкой пленкой SiO2. Новая пленка защищает поверхность перехода от влияния различных внешних факторов (влага, загрязнение). В этой пленке двуокиси методом фотолитографии вновь делают окно, через которое на поверхность p-области осаждается алюминий 6. Алюминий далее сплавляется с кремнием (получается омический контакт с p-областью). К алюминиевой пленке методом термокомпрессии (сильным прижатием к пленке алюминия тонкой алюминиевой проволочки при температуре 200…300° С) подсоединяют один из выводов. Другой вывод подсоединяют к омическому контакту, образованному с основной пластиной кремния.

Рис. 5. Структура планарного перехода

Особенностью планарной технологии является то, что рабочие области полупроводникового прибора сложной структуры выходят на одну поверхность. Поэтому все выводы могут располагаться на одной грани кристалла, что весьма удобно при конструктивном оформлении транзисторов и интегральных микросхем.

Дата добавления: 2014-01-20