Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Брук В.А. Производство полупроводниковых приборов учебник для подготовки рабочих на пр-ве

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

25.10.2023

Размер:

15.79 Mб

Скачать

☆

1 / 271 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

В. А. БРУК, В. В. ГАРШЕНИН, А. И. КУРНОСОВ

ПРОИЗВОДСТВО

ПОЛ VПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ

ИЗДАНИЕ 3-е, ПЕРЕРАБОТАННОЕ

ИДОПОЛНЕННОЕ

Одобрено	Ученым	Советом Государственного	комитета Совета
Министров	СССР	по профессионально-техническому		образованию
в качестве	учебника	для подготовки рабочих	на	производстве

ИЗДАТЕЛЬСТВО «ВЫСШАЯ ШКОЛА»

МОСКВА 1973

6Ф0.32 Б89

Брук В. А., Гаршенин В. В., Курносое А. И.

Б89 Производство полупроводниковых приборов. Учебник для подготовки раб. на произв. Изд. 3-е, перераб. и доп. М., «Высшаяшкола», 1973.

264 с. с ил.

В учебном пособии описаны основные' типы полу проводниковых приборов и интегральных схем, -принцип действия, производство, измерения и испытания. Прнпедены сведения о материалах, применяемых в полупро водниковом производстве, контроле их качества и тре

бованиях	к ним.
Третье	издание переработано и дополнено описа
нием новых технологических методов, используемых

при производстве полупроводниковых приборов. Более

полно рассмотрены прецизионная							обработка		полупровод
никовых		материалов,			способы		защиты		поверхности
р — п-переходов				нитридными		и	стеклянными пленками,
технологические				приемы	изготовления			фотошаблонов,
корпусов и элементов интегральных схем.
	Книга предназначена в качестве учебника для под
готовки		рабочих		полупроводникового производства.
Б	3 3 1 2 ~ 0 4 1		48-73						6 Ф ° - 3 2
	001(01)—73
	Со	всеми	предложениями			н замечаниями просим
обращаться			по	адресу:	Москва,		К-51,	Неглинная ул.,
д. 29/14,		издательство «Высшая					школа».

Гос . пубп-нчнря

~G ЗАЛА

Вадим Аркадьевич	Брук,	Владимир	Васильевич	Гаршенин,
Анатолий		Иванович	Курносое

Производство полупроводниковых приборов

Редактор А. Ш. Долгова

Художественный редактор Т. В. Панина

Художник А. И. Шавард

Технический редактор Н. Н. Баранова

Корректор М. М. Малиновская

Т — 15856. С д а н о

н а б о р

15/V

1972 г.

П о д п .

к п е ч а т и

13/XI

1972 г.

Ф о р м а т

бОХДО/іа-

О б ъ е м 16,5 печ .

л .

У ч . - и з д . л .

17,83.

И з д .

№

Э Г — 164.

Т н о а ж

26 ООО

э к з . Ц е н а

54 к о п .

П л а н в ы п у с к а

л и т е р а т у р ы

и з д - в а

« В ы с ш а я

ш к о л а >

( д л я

п р о ф т е х о б р а з о в а н и я )

на

1973 г.

П о з и ц и я №

48.

М о с к в а ,

К - 51, Н е г л и н н а я

у л . ,

д . 29/14,

и з д а т е л ь с т в о « В ы с ш а я ш к о л а »

Т и п о г р а ф и я

и з д - в а « У р а л ь с к и й

р а б о ч и й » ,

г. С в е р д л о в с к ,

пр . Л е н и н а ,

49. З а к а з

№

305.

ВВЕДЕНИЕ

ВДирективах XXIV съезда КПСС большое внимание уделено дальнейшему развитию и совершенствованию электронной техники.

Впоследнее десятилетие в СССР и за рубежом в различных областях науки и техники широкое распространение получили по лупроводниковые приборы, использование которых необходимо для дальнейшего прогресса радиоэлектроники, радиотехники и автома тики. Полупроводниковые приборы по сравнению с электронными лампами обладают рядом преимуществ: имеют малый вес и габа риты, надежны в работе, потребляют незначительное количество энергии и др.

Рост производства, улучшение качества и повышение надежно сти полупроводниковых лриборов зависят от методов их изготовле ния, из которых наиболее перспективными являются планарная и эпитаксиально-планарная технология. Планарная и эпитаксиальная технология состоит из комплекса разнообразных механических химических, фотолитографических, термических и других процес сов, позволяющих создавать .на поверхности и в объеме полупро водникового кристалла уникальные р—n-переходы и омические контакты.

Каждый технологический процесс в общем цикле изготовления различных типов приборов тесно связан с предыдущим и оказывает влияние «а последующие процессы. Например, качество полировки пластин полупроводниковых материалов зависит от предваритель ных операций грубой и тонкой шлифовки пластин, а плоскопараллельность пластин после полировки оказывает влияние на качество последующего процесса — фотолитографии: прогиб поверхности пластин приводит к неравномерному прижатию фотошаблона и увеличению брака при экспонировании.

Важным технологическим процессом производства полупровод никовых приборов и интегральных схем является фотолитография: нанесение на поверхность полупроводниковой пластины кислото стойкого светочувствительного состава (фоторезиста) и получение заданного рисунка будущих активных или пассивных элементов. К этому процессу предъявляют высокие требования, так как каче ство полученного на поверхности полупроводниковой пластины рисунка во многом определяет процент выхода годных приборов на последующих операциях получения р—/г-переходов. Таким обра зом, процесс фотолитографии связан со всеми последующими тех нологическими операциями получения р—«--переходов и омических контактов.

В полупроводниковом производстве для			создания	р—/г-перехо
дов наибольшее распространение получили процессы				диффузии и
эпитак-сии, которые	используют	как раздельно, так и в			сочетании
друг с другом. Для	проведения	процессов	диффузии	и	эпитаксии

используются различные диффузанты и химические смеси, которые позволяют создавать сложные многослойные структуры. Качество полученных структур зависит от режима технологического процес са и чистоты исходных материалов.

Для повышения надежности полупроводниковых приборов и стабильности их электрических параметров необходимо защищать полученные р—/г-переходы от .внешних воздействий. Ранее приме нявшийся метод защиты лакированием не позволял получать на дежную защиту р—/г-переходов от окружающей среды. Защитная окисная пленка, получаемая на поверхности кристаллов с р—«-пе реходами, изготовленными по пленарной технологии, не всегда успешно предохраняет их от внешних воздействий. Для повышения стабильности электрических параметров приборов используют но

вые методы защиты р—re-переходов		пленками	нитрида		кремния и
стекла.
Большую роль	в общем технологическом		цикле		изготовления
полупроводниковых	приборов играют процессы			сборки и гермети
зации кристаллов с р—/г-переходами.		В связи	с	этим	в учебнике
рассматриваются новые прогрессивные методы сборки					кристаллов
с р—/г-переходами	на металлической ленте с одновременной их гер

метизацией пластмассой. Этот метод сборки и герметизации полу проводниковых диодов, транзисторов и интегральных схем отлича ется высокой производительностью и может быть полностью авто матизирован.

Необходимо отметить также, что наметившаяся в полупровод-

никовой промышленности тенденция к микроминиатюризации ап паратуры вызвала необходимость перехода от изготовления дис кретных (отдельных) приборов к производству интегральных схем различного назначения. Дискретные полупроводниковые приборы занимают промежуточное положение между электронными лампа ми и интегральными схемами.

Первым шагом на пути -микроминиатюризации аппаратуры было -использование миниатюрных элементов и печатного монтажа. Пе чатные схемы позволили довести плотность монтажа до 1000—1500 деталей в 1 дм3 по сравнению с плотностью монтажа около 300 де талей в 1 дм3 в аппаратуре на дискретных приборах. Однако даже при наиболее тщательной разработке конструкций с миниатюрны ми элементами полезное использование объема не превышало 30%.

Этапами развития микроминиатюризации явилась разработка модульного и микромодульного методов монтажа аппаратуры, при которых в качестве основного элемента конструкций служит ячей ка-модуль или микромодуль, стандартный по размерам, способам сборки и монтажа. Наиболее широкое распространение получили плоские и объемные модули и микромодули. Переход от печатного монтажа к микромодульным схемам позволил уменьшить объем аппаратуры в 10 раз. Плотность монтажа при микромодульном спо собе составляет около 3500 элементов в 1 дм3. Основные преиму щества микромодульных конструкций: стандартная геометрия и возможность автоматизации процессов сборки аппаратуры.

Примерно к 1965 г. относится зарождение нового перспективно го направления в микроминиатюризации—создание полупровод никовых интегральных схем. Если предыдущие методы были на правлены на уменьшение массы, габаритов и потребления мощности, то переход к интегральной микроэлектронике позволяет повысить надежность, снизить стоимость и автоматизировать производство отдельных схем и аппаратуры в целом, а также улучшить эксплуа тационные характеристики аппаратуры.

Качество готовых полупроводниковых приборов и интегральных схем и их надежность в значительной степени зависят от совершен ства выполнения того или иного технологического процесса и мастерства рабочего. Поэтому возрастает потребность в высоко квалифицированных рабочих кадрах, занятых в полупроводнико вом производстве.

В связи с внедрением в производство новой техники и техноло гии, к рабочим, занятым изготовлением полупроводниковых прибо ров, предъявляются повышенные требования в отношении их тех-

нической грамотности и культуры производства. Необходимо обу чить будущих рабочих передовым методам проведения технологи ческих процессов производства полупроводниковых приборов и на учить их применять новые методы работы на практике.

Главы 1, 2, 3, 6, 8, §§ 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31 и 32 гл. 4 и §§ 78, 79, 80, 81, 82 и 83 гл. 12 написаны В. А. Бруком, В. В. Гаршениным и А. И. Курносовым совместно; введение, главы 5,7,9,10,11, 13, § 17 гл. 2, §§ 33 и 34 гл. 4 и §§ 84, 85, 86 гл. 12 написаны А. И. Кур носовым.

ГЛАВА ПЕРВАЯ

ОСНОВЫ	ФИЗИКИ			ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ
МАТЕРИАЛОВ
§ 1. СТРОЕНИЕ		КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ		ВЕЩЕСТВ
Большинство		твердых	веществ	имеет кристаллическую	струк
туру.
Что же такое кристалл?
Кристалл	— это вещество с упорядоченной структурой.				Атомы
или молекулы кристалла			расположены в строго закономерном по

рядке и образуют в пространстве кристаллическую решетку. Атом ная кристаллическая решетка характеризуется тем, что в ее узлах расположены отдельные атомы, которые соединены так называемы

ми ковалентними связями, т.	е. у каждых двух	соседних атомов
имеются два общих электрона.	Твердые вещества	с атомной кри

сталлической решеткой обычно отличаются высокой температурой плавления и большой твердостью, так как ковалентные связи весь ма прочно соединяют атомы между собой.

Примерами кристаллических веществ могут служить германий и кремний — основные материалы, применяемые в полупроводнико вых приборах. Кремний и германий принадлежат к четвертой груп пе периодической системы элементов Менделеева и имеют, следова тельно, по четыре валентных электрона, поэтому в кристалле гер мания и кремния каждый атом связан с четырьмя ближайшими атомами. Каждые два атома связаны между собой двумя общими для них валентными электронами.

Рассмотрим, как будет выглядеть кристаллическая решетка германия (кремния) в пространственном изображении (рис. 1).

Рис. 1. -Пространственное		изображение	Рис. 2. Схема ковалентных свя-
кристаллической	решетки	германия	зеи в кристалле	германия
	(кремния)		(кремния)

На рисунке показана так называемая элементарная ячейка герма ния (кремния). Любой правильный кристалл одного из этих элемен тов состоит из бесконечно повторяющихся во все стороны элемен тарных ячеек, которые и образуют кристаллическую решетку. Такую решетку называют кристаллической решеткой типа алмаза. Алмаз ную решетку имеют почти все полупроводниковые материалы. Кристаллы с алмазной решеткой обладают анизотропией — неод нородностью свойств в различных направлениях.

Рис. 3. Условные обозначения ориентации кристаллографиче ских плоскостей:

а — п л о с к о с т ь , п а р а л л е л ь н а я п л о с к о с т и yz,						б — п л о с к о с т ь , п а р а л л е л ь н а я
оси z, в	— п л о с к о с т ь	с	н а и б о л е е	п л о т н о й		у п а к о в к о й а т о м о в а		р е ш е т к е
г е р м а н и я	( к р е м н и я ) ,	г — п л о с к о с т ь ,			п а р а л л е л ь н а я		плоскости	ху,	д —
	п л о с к о с т ь , п а р а л л е л ь н а я п л о с к о с т и xz
Для наглядности решетку германия (кремния) принято изобра
жать в виде	плоской		сетки,	в	которой		каждый	атом связан
с четырьмя ближайшими			атомами		той же		химической		природы,
как показано на рис. 2.
Для характеристики кристаллографического строения материа
лов пользуются так называемыми					индексами		Миллера,	определяю

щими положение кристаллографических плоскостей (или кристал лографических осей, перпендикулярных соответствующим плоско стям). Индексы Миллера для кубических кристаллов представляют собой три цифры, относящиеся к прямоугольной системе координат

(х; у; г), центр которой	совмещен с одним из узлов решетки*
(рис.3).
Так, например, кристаллографическая плоскость (100)		будет
проходить через точку х=1,	у=0, 2 = 0 и будет параллельна	осям у

* Единицей масштаба в данном случае является расстояние между соседни ми атомами элементарной ячейки — постоянная решетки кристалла.


и z (рис. 3, а).		Цифра 0 в индексах Миллера означает, что кристал
лографическая		плоскость	параллельна оси.
На рис. З, б плоскость			(ПО)		проходит	через точку х= \ и		у=\
и параллельно		оси z, а плоскость			(111) на	рис. З, в проходит через
точки х = 1, у=		1 и z = 1. Кристаллографические оси их будут перпен
дикулярны соответствующим				плоскостям.		На рис. 3, г плоскость
(001)	проходит через точку			z = l	и параллельные		осям х и у.	На
рис. З, д плоскость (010)			проходит через точку у—1				и параллельна
•осям х и у.
В	промышленности при производстве					полупроводниковых		при

боров наиболее часто используют монокристаллы германия и крем ния, выращенные по кристаллографической оси, перпендикулярной

плоскости	(111),	так как эта плоскость соответствует наиболее плот
ной упаковке атомов и при создании полупроводниковых			приборов
наилучшие и воспроизводимые электрические параметры			получают
при использовании именно такой ориентации.
§ 2. СТРОЕНИЕ		АТОМА
В 1911	г. английским физиком Резерфордом была		предложе

на модель атома. По Резерфорду атом построен следующим


•образом: вокруг положительно			заряженного		ядра	вращаются			от
рицательно	заряженные	электроны.		Каждый электрон			представ
ляет собой	единицу отрицательного			электрического		заряда. В це
лом атом должен быть электронейтрален, т. е. ядро должно								иметь
положительный заряд,		равный	количеству		вращающихся			вокруг
него электронов. Эта модель была				названа	планетарной,		так		как
она как бы повторяла строение солнечной системы.

Резерфордом, кроме того, было установлено, что основная мас са атома сосредоточена в его ядре.

Законы движения электронов вокруг ядра были в 1913 г. объ яснены датским физиком Нильсом Бором. Его теория была по строена на трех основных постулатах:

1)электрон может двигаться вокруг ядра не по любым орби там, а только по орбитам, имеющим определенный радиус; эти ор биты называются стационарными (или разрешенными, дозволен ными) ;

2)электрон,, движущийся по любой из стационарных орбит, не излучает энергии;

3)переход электрона с более удаленной от ядра орбиты на орбиту, расположенную ближе к ядру, сопровождается соответст вующей потерей энергии. При поглощении энергии атомом элек трон с ближней орбиты переходит на более удаленную.

Положению электрона на каждой из возможных орбит соответ ствует определенный запас энергии атома, который складывается из кинетической энергии движущегося по орбите электрона и по тенциальной энергии притяжения электрона к ядру. Сумма кинети ческой и потенциальной энергий электрона определяет полную энергию электрона в атоме. Энергия электрона тем больше, чем

1 / 271 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ