Поверхности кремниевой

ся помещением кристалла внутрь герметичного металлического или пластмассового корпуса. Кроме того, применяют инертное покрытие кристаллов различными защитными лаками. Для защиты поверхности кремниевых интегральных микросхем и транзисторов используют двуслойные пленки, очень стабильные и прочные, из нитрида и диоксида кремния. В связи с этим оказалось возможным кремниевые приборы выполнять даже без защитного герметичного корпуса, закрывая кристалл полупроводника (после покрытия этой пленкой) светозащитной пластмассой.

Метод диффузии примесей в составном (полугерметическом) контейнере (бокс-метод) является промежуточным между рассмотренными методами. Для проведения диффузии кварцевую кассету с полупроводниковыми пластинами размещают вместе с диффузантом в кварцевой ампуле с пришлифованной крышкой (составном контейнере), которую вводят в открытую кварцевую трубу, находящуюся в однозонной печи. Так же как и в методе открытой трубы, через кварцевую трубу продувают инертный газ и диффузия идет при атмосферном давлении. В данном методе предпочтительней выбрать источник примеси, который при температуре ; диффузии находится в жидком состоянии. При диффузии в кремний для этой цели чаще применяют смесь порошка легирующей примеси с диоксидом кремния. При этом на поверхности кремниевых пластин образуются легированные оксидные пленки, из которых диффузант проникает в кремний.

диффузионные процессы обычно проводят в две стадии. Сначала одним из рассмотренных ранее способов на поверхности кремниевых пластин создают диффузионный слой с распределением примеси, подчиняющимся дополнению функции ошибок Гаусса (5.25). Эту первую стадию процесса часто проводят при пониженной температуре (~1000°С). Затем с поверхности пластин удаляют образовавшийся в процессе диффузии слой бор- или фосфорсодержащего оксида. Во время второй стадии кристаллические пластины полупроводника нагревают в атмосфере, не содержащей легирующей примеси. Поэтому единственным источником примеси является тонкий диффузионный слой, сформированный на первой стадии процесса. Температура и длительность второй стадии процесса опреде-

Образование эрозионных ямок наблюдается при проведении процесса диффузии в атмосфере сухого азота. Глубина их может превышать толщину неглубоких диффузионных слоев, что приводит к шунтированию p-n-переходов. Для предотвращения образования на поверхности кремниевых пластин эрозионных ямок процесс диффузии проводят в атмосфере азота с добавлением кислорода.

В естественных условиях поверхность полупроводника, в том числе кремния и германия, всегда покрыта слоем оксида, толщина которого может составлять десятки мономолекулярных слоев. Защитные свойства таких слоев невысоки, поэтому для их улучшения применяют искусственное окисление поверхности в различных окисляющих средах при повышенных температурах или путем анодного или плазменного окисления. Из полупроводников, широко применяемых в промышленности, химически стабильный «собственный» оксид имеет только кремний. Оксиды на поверхности германия, арсенида галлия и других полупроводников термически нестабильны и склонны к гидролизу. Поэтому остановимся подробнее на свойствах диоксида кремния и рассмотрим методы окисления поверхности кремниевых приборов.

Термическое (высокотемпературное) окисление позволяет получить на поверхности кремниевых пластин пленку диоксида кремния, что широко используется для создания масок при легировании (см. 2.3, 2.7), формировании подзатворного диэлектрика в МДП-транзисто-рах, а также изолирующих слоев между элементами. Применение пленки SiO2 в качестве маски при диффузии примесей основано на том, что коэффициент диффузии ряда примесей (Р, В, As, Sb и др.) в ней значительно меньше, чем в кремнии. При ионном легировании маскирующее свойство слоя SiO2 основано на том, что длина пробега ионов меньше толщины слоя.

Для повышения качества поверхности кремниевых подложек иногда применяют и другие травители, например гекса фторид серы SFe, взаимодействующий с кремнием по реакции

65. Настольная установка поштучной химической обработки поверхности кремниевых пластин

66. Настольная установка гидромеха- 67. Настольная установка групповой нической обработки поверхности пластин химической обработки поверхности кремниевых пластин

Для автоматического поддержания заданной температуры поверхности кремниевых стержней применяют типовую схему регулирования, состоящую из датчика температуры ФОП (фотооптического пирометра), RT, УС, обратной связи по действующему значению тока и СИФУ.

Одним из наиболее широко используемых диэлектриков в полупроводниковом приборостроении является окисел кремния (диэлектрическая прочность двуокиси кремния еРп=5-106 ... 10г В/см, раЮ14 Ом-см е= =4). Известны два основных способа выращивания окисных пленок на поверхности кремниевых пластин: термическое окисление, анодное оксидирование.

Современная планарная технология включает ряд последовательных этапов изготовления полупроводниковых ИМС: наращивание на поверхности кремниевой подложки эпитаксиального слоя, окисление поверхности кремния, фотолитографию, диффузию, осаждение тонких металлических пленок контактного слоя [12].

Выращивание на поверхности кремниевой подложки пассивирующей окисной пленки — одна из наиболее часто повторяющихся операций при изготовлении полу-

Оплавление порошка стеклообразного материала (стекла, глазури) на поверхности кремниевой или керамической подложки; широко применяется для пассивирования структур готовых микросхем и бескорпусных полупроводниковых*приборов.

эпитаксиальных слоев заданной толщины и типа электропроводности. Фотолитография служит для травления окон в пассивирующем слое диоксида кремния на поверхности полупроводниковой пластины, через которые осуществляется локальное легирование полупроводниковой подложки. Диффузия является наиболее широко распространенным методом легирования и представляет собой перемещение атомов примеси в полупроводниковую подложку под действием градиента их концентрации при высокой температуре. В результате диффузии формируются области с различными типами электропроводности, образующие /о-п-переходы. Нанесение тонких диэлектрических пленок производится путем термического окисления поверхности кремниевой подложки или методом осаждения (этим методом наносятся также и металлические пленки).

При необходимости произвести диффузию примесей только в отдельные участки поверхности кремниевой пластины, поступают следующим образом: на поверхности пластины окислением в специальных условиях получают слой двуокиси кремния SiCb необходимой толщины, которая хорошо задерживает диффундирующие вещества. Затем, пользуясь способом фотолитографии, в этом слое вытравляют окна, открывающие участки пластины, которые необходимо подвергнуть диффузии. Процесс диффузии проводят при температуре порядка 1000—1200°С. Чтобы получить нужные глубины диффузии, распределение примесей по глубине и проводимость обрабатываемой диффузией области кристалла, необходимо температуру в печи поддерживать с очень высокой точностью (порядка долей градуса) в течение всего времени диффузии. Но даже при соблюдении таких жестких допусков для базовой области удается получить требуемое удельное сопротивление с допуском порядка ±10%, а для эмиттерной области с допуском ±30%.

Если в процессе загонки у поверхности кремниевой пластины образуется существенно планарный источник, то распределение атомов примеси на стадии разгонки будет подчиняться закону Гаусса:

На микроанодах поверхности кремниевой пластины протекает анодная реакция окисления кремния, сопровождающаяся комплексообразованием и переводом атомов кремния в раствор в виде устойчивых комплексных анионов. В растворах, содержащих достаточное количество HF, таким анионом будет SiFi~. Схема анодной реакции может быть представлена следующим образом:

16-12. Схема образования окисла на поверхности кремниевой пластины.

Конденсаторы в ИПМС бывают двух типов: диффузионный конденсатор ( 17-2,а), в качестве которого используется емкость р-п перехода и тонкопленочный конденсатор ( 17-2,6), который изготавливается на специальных участках поверхности кремниевой подложки. При этом в качестве диэлектрика используется двуокись кремния, полученная на этих участках подложки окислением или осаждением. Второй обкладкой конденсатора служит алюминиевый слой. При толщине слоя

и технологичный. Для локальной диффузии на поверхности кремниевой пластины в слое окисла создают маску.

Если в процессе загонки у поверхности кремниевой пластины образуется существенно пленарный источник, то распределение атомов примеси на стадии загонки будет подчиняться закону Гаусса