Основные технологические процессы, используемые при изготовлении полупроводниковых приборов и интегральных микросхем

1. Сплавление полупроводника с металлами или их сплавами – это технологический процесс, который состоит в том, что в пластину полупроводника вплавляют металл или сплав металла, содержащий примеси, необходимые для образования зоны с электропроводностью требуемого типа. Для сплавления полупроводника с металлами на пластину полупроводника помещают таблетку примеси. Затем систему нагревают до температуры, при которой примесь расплавится и начнется частичное растворение материала полупроводника в примесном материале. После охлаждения в полупроводнике образуется область с электропроводностью требуемого типа. Сплавные переходы относятся к числу резких (ступенчатых) Они имеют высокую надежность, малое сопротивление р– и n– областей, что обеспечивает малое падение напряжения во включенном состоянии. Этот техпроцесс широко используется при массовом производстве диодов и транзисторов.

2. Электрохимические методы получения р–n переходов применяют, когда нужно получить малые расстояния между р– и n– областями (например, в транзисторе можно получить расстояние между коллектором и эмиттером порядка 3…4 мкм). Сущность метода состоит в осаждении металла на поверхность полупроводника. В результате реакции образуется контакт металл – полупроводник, свойства которого зависят от физических характеристик материалов.

3, Микросплавная технология является комбинацией первых двух технологий. Включает в себя осаждение, затем нагрев и вплавление. Применяется при изготовлении ВЧ – приборов.

4. Диффузия – это процесс, с помощью которого на поверхности или внутри пластины полупроводника получают р– или n– области путем введения акцепторных или донорных примесей. Проникновение примесей внутрь пластины полупроводника происходит за счет диффузии атомов, находящихся в составе паров, в атмосферу которых помещена нагретая до высокой температуры полупроводниковая пластина. Для техпроцесса характерна сильная зависимость качества от точности поддержания температуры. Например, при температуре 1000…1200 °С изменение ее на несколько градусов может в два раза изменить коэффициент диффузии.

5. Двухстадийную диффузию применяют для уменьшения влияния температуры на качество полупроводниковых приборов. В первой стадии при сравнительно низкой температуре на поверхности полупроводниковой пластины при сравнительно низкой температуре получают стеклообразный слой, содержащий легирующие примеси. Во второй – полупроводниковую пластину помещают в печь с более высокой температурой, при которой диффузия примесей происходит из стеклообразного слоя в глубь пластины. Двухстадийную диффузию часто применяют при введении примесей бора в кремний. В качестве примесей бора используется борный ангидрид В₂О₃.

6. Эпитаксией называют процесс выращивания одного монокристалла на грани другого. Полупроводниковые эпитаксиальные пленки могут быть получены различными способами: Термическим испарением в вакууме, осаждением из парообразной фазы, распылением в газовом промежутке. Изменяя тип примеси и условия выращивания, можно в широких пределах изменять электрические свойства эпитаксиальной пленки.

7. Ионное легирование – бомбардировка в вакууме полупроводниковой пластины ионами примеси, ускоренными до определенной скорости. Ионы, внедрившиеся в полупроводниковую пластину, играют роль донорных или акцепторных примесей. Это позволяет, не прибегая к процессу диффузии, получать зоны, имеющие определенный тип электропроводности. Такую технологию называют элионной.

В настоящее время в производстве полупроводниковых приборов используют ионную имплантацию – легирование примесями одного из изотопов бора. При этом для маскирования используют или тонкий слой алюминия, или толстый слой диоксида кремния.

8. Вакуумное напыление заключается в следующем. Напыляемый металл нагревают в вакууме до температуры испарения. Затем его осаждают на покрываемую поверхность, имеющую сравнительно низкую температуру. Для получения требуемого «рисунка» напыление производят через металлические маски, имеющие соответствующие прорези.

9. Катодное распыление применяют для осаждения тугоплавких соединений. Процесс основан на явлении разрушения катода при бомбардировке его ионизированными атомами разреженного газа. Инертный газ, например аргон, вводят в испарительную камеру под давлением 1 – 10² Па. В системе создают тлеющий разряд. Ионы газа интенсивно бомбардируют катод, в результате чего его атомы приобретают необходимую энергию и вылетают с поверхности катода, затем они оседают на поверхности полупроводниковых пластин, покрывая их слоем металла.

10. Электролитическое и химическое осаждение применяют при наличии электропроводной подложки из инертного по отношению к электролиту материала. На нее электролитическим или химическим путем осаждается пленка из водного раствора солей металлов (электролита).

11. Оксидное маскирование используют для того, чтобы обеспечить диффузию только в определенные участки пластины, а остальную поверхность защитить от проникновения атомов примеси. Хорошей маской, ограничивающей области диффузии является диоксид кремния SiO₂. Для получения оксида пластину нагревают до температуры 900 – 1200ºС в атмосфере влажного кислорода. В полученной пленке оксида согласно схеме в последующем вытравливают окна. Этот процесс применяется при изготовлении интегральных микросхем.

12. Фотолитография – это процесс получения на поверхности пластины требуемого рисунка. Поверхность полупроводника, маскированного оксидной пленкой, покрывают фоторезистом (светочувствительным слоем). Затем для обеспечения равномерность покрытия пластину помещают на центрифугу и сушат. После этого экспонируют поверхности ультрафиолетовым излучением через маску, на которой выполнен рисунок. Участки фоторезиста, оказавшиеся освещенными будут задублены, а с незадубленных участков фоторезист удаляется специальным раствором (проявление).

13. Травление используют для того, чтобы с участков, незащищенных задубленным фоторезистом плавиковой кислотой, стравить диоксид кремния. В результате в оксидной пленке образуются окна, через которые и производится диффузия.