5.2. Цикл формирования топологических слоёв.

Слои 2…6, находящиеся в объёме полупроводникового кристалла, формируются с помощью однотипного повторяющегося цикла (рис. 5): “окисление поверхности (SiO₂) – фотолитография с образованием оксидной маски – внедрение легирующей примеси через окна маски – стравливание окисла”. Рисунок оксидной маски определяется рисунком фотошаблона, используемого в процессе фотолитографии. Таким образом, для создания всех слоёв требуется комплект фотошаблонов с различными рисунками.

1	2
3	4

Рис. 5. Последовательность формирования топологического слоя в объеме кристалла: 1 - окисление поверхности; 2 - фотолитография; 3 - внедрение примеси; 4 - стравливание окисла.

В соответствии с этим циклом последовательность формирования полупроводниковой структуры выглядит следующим образом. В исходной пластине-подложке p-типа формируются области скрытого слоя (n⁺). Далее осаждается сплошной монокристаллический (эпитаксиальный) слой кремния n-типа, поверхность которого окисляется. Затем формируются области разделительного слоя (p⁺) с таким расчётом, чтобы они сомкнулись с подложкой. Образующиеся при этом островки эпитаксиального слоя образуют коллекторный слой (n). Внутри коллекторных областей формируются базовые p-области (базовый слой), а внутри базовых областей – эмиттерные (эмиттерный n⁺-слой).

В дальнейшем обработка происходит на поверхности: формируются изолирующий слой (SiO₂), слой металлизации (Al) и защитный слой (SiO₂). При этом используется цикл “нанесение сплошной плёнки – фотолитография”.

Таким образом, для получения рассматриваемой структуры необходим комплект из 8 фотошаблонов.

Лекция 18

6. Легирование методом термической диффузии примесей.

6.1. Условия возникновения p-n-перехода.

В подавляющем большинстве случаев легирующая примесь вводится в монокристаллический кремний с целью изменения типа проводимости и образования p-n-перехода на определённой глубине. Изменение типа проводимости имеет место в случае, если максимальная концентрация введённой примеси превышает концентрацию исходную (N_исх). Образование p-n-перехода происходит на глубине Х_n, где концентрация введённой примеси оказывается равной исходной.

Рис. 6. Принцип образования p-n-перехода.

При термической диффузии (рис. 6) максимальная концентрация примеси всегда на поверхности (N₀) и монотонно убывает с глубиной.

6.2. Рабочая камера диффузионной печи.

Схема рабочей камеры диффузионной печи приведена на рис. 10.

Рис. 10. Схема рабочей камеры диффузионной печи.

Собственно камера представляет собой кварцевую (или керамическую) трубу 1, снабжённую резистивными нагревателями 2 (3 секции с независимым регулированием температуры). Крайние секции поддерживают малый градиент температуры, обеспечивающий средней секции рабочую температуру до 1250°С с высокой точностью (до ±0,25°С). Именно в этой части камеры на кварцевом (или керамическом) держателе 3 располагаются обрабатываемые пластины 4, имеющие на рабочей поверхности оксидную маску. При выполнении загонки примеси или одностадийного процесса диффузии в камеру из внешнего источника непрерывно подаётся диффузант, представляющий смесь легирующей примеси (акцептор бор или донор фосфор) с транспортирующим газом (аргон).

При разгонке примеси в двухстадийном процессе в камеру непрерывно подаётся только аргон, поддерживающий чистоту рабочей зоны. Побочные продукты процесса на выходе собираются специальными сборниками.

В зависимости от диаметра одновременно может обрабатываться до трёх десятков пластин