Подготовительные операции

Создание полупроводниковых ИС начинается с получения монокристаллических слитков кремния или германия. Мы будем далее говорить о кремнии, являющемся основой интегральных схем. Известно несколько методов получения монокристаллических слитков. Кратко остановимся на методе Чохральского и методе зонной плавки.

Метод Чохральского. В расплавленное нагревателем 1 вещество 3, которое находится в тигле 2 и имеет температуру, близкую к температуре кристаллизации, опускают монокристаллическую затравку 4 того же состава, что и расплав (рис.1,а). Далее приводится в действие механизм подъема и вращения затравки; при этом затравка смачивается расплавом и увлекает его вверх, вследствие чего расплав на затравке нарастает в виде кристаллической фазы. Метод обеспечивает получение полупроводникового материала в форме совершенных монокристаллов с определенной кристаллической ориентацией и минимальным числом дефектов. Нагреватель может быть резистивным, высокочастотным, электронно-лучевым.

Метод зонной плавки (метод перекристаллизации). На рис. 1,б показана схема безтигельной вертикальной зонной плавки. Обозначения такие же, как на рис.1,а.

Перед началом кристаллизации расплавляется не вся твердая фаза кристалла 4, а только узкая зона 3, которую перемещают вдоль кристалла смещением нагревателя. Большинство примесей обладают хорошей растворимостью в жидкой фазе по сравнению с твердой, поэтому по мере продвижения зона плавления все больше насыщается примесями, которые концентрируются на конце слитка. Обычно процесс зонной плавки повторяют несколько раз, по окончании очистки загрязненный конец слитка отрезают.

Достоинством метода является совмещение процесса глубокой очистки полупроводника с выращиванием его монокристалла. Обычно изготовляют монокристаллы с равномерным распределением легирующей примеси (донорной или акцепторной). Легирование кремния или германия элементами осуществляется введением в расплав соответствующей примеси. Таким образом, слитки могут иметь электронную электропроводность (n -тип) или дырочную (р -тип). Максимальная длина может достигать 100…150 см, а диаметр слитка до 150 мм и более.

Слитки кремния разрезают на множество тонких пластин (толщиной 0,4...0,5 мм) с помощью вращающихся стальных дисков с внутренней и внешней режущими кромками, армированными искусственными или природными алмазами. Применяется также резка с помощью тонкой проволоки (0,08...0,1 мм), совершающей возвратно-поступательное движение. Резку проводят вольфрамовой проволокой, покрытой тонким слоем алмазной крошки.

После резки слитков, для получения параллельности сторон пластин, точного соответствия заданным размерам и уменьшения глубины нарушенного слоя проводят шлифование пластин. Для шлифования применяются абразивные материалы, алмазные порошки, полировочные пасты.

Важным в полупроводниковой технологии является также очистка поверхности от загрязнений органическими веществами, особенно жирами. Для этого используют органические растворители (толуол, ацетон, этиловый спирт и др.) при повышенной температуре. Травление, очистка и многие другие процессы сопровождаются отмывкой пластины в деионизованной воде.