книги из ГПНТБ / Курносов, А. И. Технология производства полупроводниковых приборов учеб. пособие

диаметру проектируемых р-п-переходов. Для локализации структур пластину облучают ионами кислорода или азота с энергией 40—200 кэв и дозой 102—103 к/м2. При этом ионы кислорода или азота проникают в кремний на глубину 0,5—1,0 мкм и образуют пассивирующий слой Si02 или Si3N4 вокруг локализованных р-я-переходов. Омический контакт служит защитной маской, не пропускающей пассивирующие ионы (рис. 7.12,6). Такая структу­

ра обладает всеми преимуществами планар­ ных переходов и свободна от основного их недостатка — большой кривизны перехода под краем пассивирующей маски, уменьша­ ющей их рабочие напряжения.

таких слоев производят путем анодного окисления. В качестве электролитов исполь­ зуют растворы азотнокислого калия в этиленгликоле и N-метилаце-

тамиде с концентрацией 0,04 н. Анодное напряжение не превышает 200—250 в, плотность тока 50—60 а/м2. Толщина слоя окисла со­ ставляет 500—1000 А, причем доля кремния в нем в среднем 0,35. Окисел удаляют в плавиковой кислоте. Измерение толщины уда­ ленного слоя кремния производят методом взвешивания пластины до и после удаления слоя. Применяют также измерение толщины пленки окисла и пересчет ее в толщину удаленного кремния с по­ мощью приведенного коэффициента 0,35. Перед каждым окислени­ ем измеряют поверхностное сопротивление, что позволяет с по­ мощью выражения (5.43) вычислить концентрацию примесей в уда­ ленном слое, влияющих на проводимость.

Исследование полной концентрации внедренной примеси. Этот метсщ не требует предварительного отжига и основан на радиоактивационном анализе внедренных ионов. Нейтронная активация является наиболее подходящим методом определения концентрации

210

ионов фосфора и мышьяка. Исследуемые образцы помещают в ре­ актор, где подвергают бомбардировке нейтронами. Вследствие за­ хвата ядрами некоторых атомов фосфора нейтрона образуется радиоактивный изотоп Р32 с периодом полураспада около 14 суток. Одновременно возникает изотоп кремния Si31 с периодом полурас­ пада около 2,6 ч, поэтому пластины перед измерением выдержива­ ют, чтобы активность кремния упала. Затем производят послойное удаление тонких слоев кремния, а растворенный окисел выпарива­ ют. Полученный осадок исследуют с помощью счетчика Гейгера — Мюллера и определяют интенсивность р-распада. На основании сравнения интенсивности излучения каждого осадка с эталонами

Стн. ед.

Рис. 7.13. Кривые распределения концентрации фосфора в кремнии при различных углах отклонения пучка от направления [ПО]:

1-0”; 2-2”; 3-8°

в абсолютных единицах строят кривую распределения концентра­ ции ионов фосфора по глубине пробега. Для этой же цели приме­ няют ионное легирование радиоактивным изотопом фосфора. На рис. 7.13 приведены кривые распределения концентрации ионов фосфора в кремнии при различных углах отклонения пучка ионов

от направления [ПО], исследованные радиоактивационным ме­ тодом.

Метод р-п-перехода. Недостатком двух описанных методов яв­ ляется трудность определения толщины удаленного слоя. Метод р-н-перехода облегчает эту задачу. Для исследования готовят 6—10 образцов кремния с удельным сопротивлением, различаю­ щимся между каждым последующим образцом на порядок. Про­ цесс подготовки пластин и внедрение ионов противоположного типа электропроводности осуществляют в идентичных условиях. После

211

отжига изготовляют сферические или косые микрошлифы, на кото­ рых выявляют /?-«-переходы. Так как глубина залегания р-я-пере- хода может быть измерена достаточно точно, а концентрация внед­ ренных ионов на этой глубине равна концентрации примеси в ис­ ходной пластине кремния, то на основании этих данных можно по­ строить точные кривые распределения концентрации внедренных ионов. На рис. 7.14 приведены определенные этим методом профи-

c.

С, си -}

Рис. 7.14. Кривые распределения концентрации ионов, внедрен­ ных с энергией 50 кэв в кремний:

а — бора, N — 1 • 1015 см ~ б — фосфора, N —3 ■1015 см~^

ли распределения концентрации различных ионов в кремнии с ори­ ентацией (111) и показаны теоретические кривые.

§ 7.6. Использование оптических квантовых генераторов

Наряду с электронными и ионными лучами в производстве по­ лупроводниковых приборов используют световые лучи оптических квантовых генераторов (ОКГ) — лазерную обработку.

К преимуществам лазерной обработки относятся: высокая удельная плотность энергии, простота управления установкой, вы­ сокая производительность, возможность автоматизации обработки и возможность проведения технологических операций в окружаю­ щей атмосфере или при необходимости — в нейтральной или вос­ становительной средах. Одной из основных трудностей является

212

ФЛАВА ВОСЬМАЯ

МЕТОД КОНДЕНСАЦИИ В ВАКУУМЕ

§ 8.1. Основные положения кинетической теории газов

Создание тонких металлических, полупроводниковых и изолиру­ ющих пленок методом конденсации вещества в вакууме занимает большое место в полупроводниковом приборостроении и микроэлек­ тронике. Металлические пленки применяют при изготовлении оми­ ческих контактов, нанесении электродных металлов при сплавле­ нии, создании барьеров Шоттки, изготовлении коммутирующих эле­ ментов и резисторов в микросхемах. Диэлектрические пленки

•Используют при защите тонкопленочных сопротивлений, создании Тонкопленочных конденсаторов, защите поверхности полупроводни­ ковых пластин и /7-л-переходов, изоляции электродов и других целей.

Метод конденсации состоит в получении в вакууме направлен­ ного потока атомных частиц (отдельных атомов, молекул или ионов) исходного твердого или расплавленного вещества и после­ дующей их конденсации на подложке, в результате которой обра­ зуются аморфные, поликристаллические или монокристаллические пленки данных веществ.

Существуют два метода создания направленных потоков атом­ ных частиц в вакууме: термическое испарение и катодное распы­ ление.

Исторически первым начал развиваться метод катодного распы­ ления. Возможность применения электрического разряда в разре­ женных газах для осаждения металлических пленок была отмече­ на в 1858 г., но только в 1886 г. была сконструирована специаль­ ная установка катодного распыления, применявшаяся для осажде­ ния металлических пленок при изготовлении зеркал.

Термическое испарение для создания тонких пленок впервые было опробовано Т. Эдисоном в 1890 г., а в 1928 г. были примене­ ны проволочные испарители. На рис. 8.1 показана универсальная установка, позволяющая производить получение пленок обоими на­ званными методами.

Наибольшее развитие оба метода получили сначала в электро­ вакуумной, а затем и в полупроводниковой промышленности.

Для характеристики процессов в вакууме справедлива форму­

214

Концентрация молекул газа при нормальных условиях опреде­ ляется числом Лошмидта

где Va = Ro'Tjp — 22,4135 лР/кмоль — мольный объем..

Средняя кинетическая энергия молекул газа прямо пропорцио­ нальна температуре:

где k = R0/NA —1,38-10-23 дж/град — постоянная Больцмана.

На основании равенств (8.2) и (8.5) находим выражение, свя­

Если газ является смесью нескольких газов, то его давление складывается из парциальных давлений каждого газа, входящего в смесь (закон Дальтона):

Р = 2iPt.

Среднеквадратичная скорость молекул газа

*=VW-=V?¥=™#Yt- (8.7а)

Среднеарифметическая скорость молекул газа

Средняя наиболее вероятная скорость молекул газа

Значения Vo, v, v для некоторых газов приведены в табл. 8.1. Количество частиц, ударяющихся в течение 1 сек о поверхность

вакуумной камеры размером 1 м2,

По этой же формуле определяют количество частиц, испаряю­

щихся за 1 сек с 1 м2 поверхности твердого или жидкого тела в ва­ кууме.

216

Т а б л и ц а 8 . 1

Средняя длина свободного пробега А, определяется среднеариф­ метической скоростью и числом столкновений молекулы с другимимолекулами в 1 сек (г):

г У 2 а д а 2 У 2 я а 2р ’

где о — эффективный диаметр молекулы газа (для воздуха

а= 3,7-10-'° м).

Втабл. 8.2 приведены соотношения между величинами давле­

Для конденсации в вакууме стремятся использовать молекуляр­ ные потоки, в которых атомы или молекулы движутся прямолиней­ но, без столкновений. Для молекулярных потоков справедливы за­ коны Кнудсена, являющиеся аналогами световых законов Лам­ берта:

1)интенсивность испускания под углом ср относительно норма­ ли к испускающей плоскости пропорциональна cos qp; падение мо­ лекулярного потока на плоскую поверхность также подчиняется этому закону;

2)количество атомов, падающих в единицу времени на едини­ цу поверхности из точечного источника, обратно пропорционально квадрату расстояния от источника до поверхности.

217

Форма и взаимное расположение источника атомов и подложки, «а которой они конденсируются, определяют распределение кон­ денсата по поверхности плоской подложки.

Толщина конденсата на подложке А для точечного источника

Устройства для испарения. На рис. 8.2 показана схема вакуум­ ной системы. Она состоит из вакуухмной камеры 1, в которой раз­ мещаются образцы 2, испаритель 3 и заслонка 4. Измерение дав­

ного насоса срабатывает электромагнитный клапан 11, предохра­ няя систему от натекания в нее атмосферного воздуха через нера­ ботающий форвакуумный насос. На входе диффузионного насоса находится водоохлаждаемый маслоотражатель 12, препятствую­ щий попаданию в камеру паров масла. Для этого же, а также для конденсации паров остаточных газов служит ловушка, наполняе­ мая жидким азотом 13. На выходе диффузионного насоса располо­ жен форбаллон 14 объемом в 10—20 л , позволяющий диффузион­ ному насосу длительное время (до 30 мин) работать без форваку­ умного насоса. В настоящее время все шире используют безмасляную откачку с применением молекулярных и титановых геттеро-

218

ионных насосов. Последние позволяют достигать разрежение да

10“12 мм рт. ст.

Испарители. Термическое испарение материалов в вакууме производят из испарителей, изготовленных из проволоки либо фольгич

нейные ленточные или линейные и цилиндрические спиральные про-, волочные испарители. Металл навешивают на них в виде гусари­ ков или навивают тонкой проволочной спиралью. Подложку можно,

213,