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

☆

<<< < Предыдущая 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 2425 / 2725 26 27 > Следующая >>>

ная поверх островков, в которых сформированы приборы, обеспе чивает механическую прочность схемы. На исходном кремнии n-типа термически выращивают слой окисла, который после трав ления образует маску. Избирательным травлением создают канав ки в кремнии, стенки которых снова окисляют. На кристалл по верх слоя окисла наращивают поликристаллический кремний. За

тем	пластину	переворачивают и лишний материал n-типа удаля
ют	травлением	или шлифовкой, получая изолированные островки

n-типа. После наращивания окисла проводят диффузию акцеп торных примесей в островки и наносят металлические электроды,

формируя транзисторы со структурой МОП								(металл — окисел
кремния — полупроводник). В					островках	можно		создать			биполяр
ные транзисторы, а			также резисторы. Однако этот						метод		довольно
					сложен,	причем		трудно			получить
					пластинку	с плоской			поверхностью.
					Изоляция		карбидом				кремния
		а)			(рис. 132). Этот метод предусматри
					вает использование				тонкого слоя
		б)		-4						2 1
				-4
							а)			21/
							б)
							в)
										-5
							г)
Рис.	132.	Изоляция		карби	Рис. 133. Изоляция поли
	дом кремния:				кристаллическим					кремни
а — м а с к и р о в а н и е ,			б —	с о з д а н и е			ем:
о с т р о в к о в в к р е м н и и , а — н а н е					а — п о л у ч е н и е					о б л а с т е й
с е н и е	окиси к р е м н и я ,			к а р б и д а	n - т и п а		в к р е м н и и			р - т и п а ,
к р е м н и я и п о л н к р и с т а л л и ч е с к о -					б — т р а в л е н и е ,				в — н а н е с е
го к р е м н и я , г и д — г р у б а я и					н и е		п о л и к р и с т а л л н ч е с к о г о
т о н к а я	ш л и ф о в к а			и с х о д н о г о	к р е м н и я , г — г р у б а я ш л и ф о в
к р е м н и я ; / — о к и с ь к р е м н и я , 2 —					ка и с х о д н о г о к р е м н и я ; 1 —
и с х о д н ы й		к р е м н и й ,		3—карбид	к р е м н и й		р - т и п а ,		2 —	к р е м н и й
к р е м н и я ,		4 — п о л и к р и с т а л л и ч е			л - т и п а ,		3 — п о л и к р н с т а л л и -
	с к и й к р е м н и й					ческий		к р е м н и й

карбида кремния. Для чего сначала формируют слои окиси и кар бида кремния, а затем наращивают поликристаллический кремний. Карбид кремния облегчает удаление лишнего кремния n-типа. Гру бую шлифовку прекращают, как. только достигнут прослойки кар бида кремния, которую удаляют непродолжительной шлифовкой.

Изоляция поликристаллическим кремнием (рис. 133). Для изо ляции ПрИбОрОВ С ПРОТИВОПОЛОЖНЫМИ ТИПаМИ ПрОВОДИМОСТИ ПОЛ'И-


кристаллическим кремнием		(рис. 133)		в одном и том же кристал
ле создают я — р — п.	и р — я — р-транзисторы. В исходную							пла
стину кремния р-типа	проводят		диффузию донорной примеси. За
тем вытравливают канавки		и	наращивают		поликристаллическии
		слой кремния.			Пластину		перевора
		чивают,		и лишний		материал р-типа
		сошлифовывают, формируя изолиро
		ванные		островки		материала		я- и
		р-типа,		в которых		можно	создавать
		я — р — п и р — я — р-транзисторы.

у	/ .
		-.'.'о'ІХУЧ
	••'.•.'.••.•б
		д)
Рис.	134.	Изоляция кера			Рис.	135.	Изоляция стеклом
		микой:				меза-структур:
а — ф о р м и р о в а н и е			а к т и в н ы х		а — ф о р м и р о в а н и е а к т и в н ы х э л е
э л е м е н т о в		н а к р е м н и е в о й			м е н т о в на к р е м н и е в о й п л а с т и н е ,
п л а с т и н е ,		б — п р и к р е п л е н и е			б — п р и к р е п л е н и е			п л а с т и н ы	к
с т е к л я н н о й		п л а с т и н ы ,		в —	п о д л о ж к е с л о е м с т е к л а , в — у д а
у д а л е н и е n't" с л о я ,			г —	т р а в	л е н и е и с х о д н о г о			к р е м н и я ,	г —
л е н и е , д—изоляция			к е р а м и		ф о р м и р о в а н и е			м е з а - с т р у к т у р
к о й ; / — с в я з у ю щ и й			с о с т а в ,		т р а в л е н и е м ; / — о м и ч е с к и е к о н
2 — о м и ч е с к и е к о н т а к т ы ,				3 —	т а к т ы ,	2 —	окись	к р е м н и я ,	3 —
о к и с н а я п л е н к а , 4 —			с т е к л я н		п о д л о ж к а ,		4 — слой с т е к л а ,		5 —
н а я п л а с т и н а , 5 — к е р а м и к а					и з о л и р о в а н н ы е			м е з а - с т р у к т у р ы

Для создания р — я — р-транзисторов используют обычные методы диффузии с защитной окисной маской.

Изоляция керамикой (рис.	134). Этот метод изоляции основан
на заполнении промежутков	между элементами интегральных

схем, полученными избирательным травлением, изоляционным ма териалом. В качестве заполнителя — диэлектрика используют ке рамические композиции. При изоляции ж поверхности готовых приборов прикрепляют стеклянную поддерживающую пластинку. Избирательным травлением уменьшают толщину л+ -слоя и созда ют изолированные островки с приборами. Пустые промежутки между островками заполняют керамикой. После этого стеклянную пластинку удаляют.

Изоляция стеклом меза-структур (рис. 135). При изоляции пластины с меза-структурами скрепляют с подложкой стеклом. Лишний материал я-типа удаляют шлифовкой или травлением. Изолирование не вызывает неровностей на поверхности пластины. Причем удается избежать высокотемпературных операций и не выполнять дополнительную герметизацию.

Изоляция воздухом. Если в технологии, основанной на форми ровании плоских выступов (меза-структур), опустить операцию заполнения промежутков между меза-структурами диэлектриком, приборы будут изолированы друг от друга .воздухом.

§ 86. ИЗГОТОВЛЕНИЕ	РЕЗИСТОРОВ,	КОНДЕНСАТОРОВ
И ИНДУКТИВНОСТЕИ	ДЛЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ		СХЕМ
Резисторы. Резистор — прибор		с двумя	активными выводами,

на которых напряжение и ток находятся в одной фазе. Вольт-ам^ перная характеристика резистора обычно представляет собой пря мую линию. Во многих случаях предпочтительнее нелинейные вольт-амперные характеристики резисторов. Выбор типа резистора для интегральной схемы зависит от таких факторов, как сопротив ление, точность изготовления, рабочие напряжения, мощность, ТКС

(температурный

коэффициент

сопротивления),

допустимая пло

щадь,

методы

изоляции

вольт-амперная

характери

стика.

f — *

р ы

О б ъ е м н ы е р е з и с т о

~0)

г)

(рис. 136,

а)

получают,

создавая

омические контак

ты

двух

точках

однород

ного, равномерно

легирован

ного

кристалла

кремния.

\ Si

Точность

их

изготовления

д)

зависит

от

того,

насколько

хорошо

задается

геометрия

-6—1

резистора такими

методами,

как

полировка,

травление

е)

скрайбирование.

Высокоом-

ный кремний имеет большой

Рис.

136. Полупроводниковые

резисторы:

ТКС: изменение

температу

а — о б ъ е м н ы й ,

б — д и ф ф у з и о н н ы й ,

в — э п и т а к -

ры на

50° С может изменить-

с и а л ь н ы й , а — п л е н о ч н ы й , д — полевой,

є — с

сопротивление

резистора

в-

р — л - п е р е х о д о м ;

/ — о м и ч е с к и е к о н т а к т ы ,

2 —

д и ф ф у з и о н н а я

о б л а с т ь , 3 — э п и т а к с и а л ь н а я

об

и более

раз. При низких

л а с т ь , А — р е э и с т и в н а я п л е н к а

удельных сопротивлениях кремния ТКС приемлем, но сопротивле ния резисторов малы. Основная проблема, связанная с применением

объемных резисторов, заключается в том, что обычно		требуются
дополнительные операции, необходимые для изоляции		резисторов
от других элементов, размещенных	на кристалле.
Р е з и с т о р ы с д и ф ф у з и о н	н ы м с л о е м — диффузионные

(рис. 136, б) изготовляют, используя фотомаску с рисунком, необ ходимым для ограничения диффузионных областей. Диффузион

ный	резистор	можно изготовлять во время проведения диффузии
•по	созданию	базового	или эмиттерного переходов транзистора.
Переход, определяющий			границы диффузионной области,	обеспе
чивает изоляцию между			резистором и подложкой. Малая	толщи

на резисторов этого типа позволяет получить приемлемые ТКС и поверхностное сопротивление. Введение дополнительных примесей обоих типов проводимости позволяет снизить ТКС еще больше,

сохранив приемлемое	значение поверхностного сопротивления.
В р е з и с т о р а х	с э п и т а к с и а л ь н ы м с л о е м	(рис. 136,в)
для ограничения требуемого участка эпитаксиального		слоя прово

дится диффузия через маску и сопротивление задается рисунком маски. Основное различие между диффузионными и эпитаксиаль-

ными резисторами заключается в том, что в эпитаксиальных			рези
сторах распределение примесей по слою почти однородно.
П л е н о ч н ы е р е з и с т о р ы — р е з и с т о р ы , и з г о т о в л е н
н ы е о с а ж д е н и е м	п л е н к и и з п а р о в о й	ф а з ы (рис.	136,г),
ничем не отличаются	от тонкопленочных, за	исключением	того,

что для осаждения используют поликристаллический кремний. Процесс осаждения аналогичен процессу выращивания монокри сталлических эпитаксиальных слоев. ТКС пленочных резисторов несколько меньше ТКС диффузионных резисторов, имеющих такое же поверхностное сопротивление.

П о л е в ы е р е з и с т о р ы (рис. .136, д) имеют нелинейную вольт-амперную характеристику. В качестве полевого резистора используется область р— «-перехода или часть поверхности полу проводниковой структуры. Применение полевых резисторов удоб но, так как они имеют гораздо меньшие габариты по сравнению с объемными и диффузионными.

Р е з и с т о р ы с р — « - п е р е х о д а м и (рис. 136, е) имеют нелинейные вольт-амперные характеристики. Сложность получения воспроизводимых параметров резисторов с р-— «-переходом ослож няет их использование в интегральных схемах.

Конденсаторы. Конденсаторы для кремниевых интегральных схем характеризуются емкостью на единицу площади, сопротивле нием, изоляцией, поляризацией, коэффициентом потерь и темпера турным коэффициентом. Существующие методы позволяют изго товлять конденсаторы с необходимыми параметрами. Основной трудностью при их изготовлении является получение высокого

.значения емкости на единицу поверхности кристалла. Этот недо статок является общим для всех методов изготовления конденса торов для интегральных схем. Максимальная величина емкости

лежит в пределах 100—200 пф. В настоящее время изготовляют три типа конденсаторов: кремниевые с р— я-переходом, типа ме

талл — окисел — полупроводник (МОП)	и	тонкопленочные.
Широко применяют конденсаторы	на	основе	диффузионных
р — n-переходов, в которых используется	емкость,		создаваемая на

границе между двумя типами кремниевого кристалла. Коэффици ент потерь в конденсаторах с диффузионным переходом зависит от сопротивления электродов, тока утечки перехода и потерь в кремнии.

Конденсатор типа МОП состоит из нижней обкладки, пред ставляющей диффузионный слой в кремнии, диэлектрика (окиси кремния) и верхней обкладки (металлического проводника). При

использовании	в качестве	диэлектрика	окисной	пленки толщиной
500 А можно	изготовить	конденсатор	емкостью	50 пф/см2. При

толщине пленки окиси кремния 1000 А значения емкости конден саторов лежат в диапазоне от 10 до 30 пф/см2. Коэффициент по терь в конденсаторе типа МОП зависит от последовательного сопротивления электродов интегральной схемы.


Расширение диапазона		номиналов емкостей	для	интегральных
схем может	быть достигнуто использованием в		качестве		конден
саторов тонкопленочных		структур. Тонкопленочный		конденсатор
представляет	собой слой	диэлектрика, расположенный			между
двумя металлическими электродами. В качестве			диэлектрика наи

более часто используют окиси кремния и тантала. Тонкопленоч

ные	конденсаторы имеют значения емкости от 10 пф	до	1 мкф
на 1	см2. Значительно увеличить емкость конденсаторов	при	задан

ной площади структуры можно применением многослойных струк тур.

Индуктивности. При разработке интегральных схем стремятся исключить индуктивные элементы. Однако в ряде случаев исклю чить индуктивности невозможно. Их функции выполняют различ ные полупроводниковые элементы.

Среди полупроводниковых приборов, обладающих индуктивны ми свойствами, наиболее простым является плоскостной диод, сме щенный в прямом направлении, с помощью которого можно полу чать индуктивности до нескольких миллигенри. Известно, что инжекция носителей в базовую область из высокоомного кремния приводит к увеличению проводимости. Это, в свою очередь, вызы вает увеличение тока, протекающего через диод в пропускном направлении в течение времени, необходимого носителем для про хождения базы до рекомбинации. Так как ток имеет тенденцию отставать от входного напряжения, создается индуктивный сдвиг фазы. Чем длиннее область базы с высоким сопротивлением, тем дольше протекает ток.

Для повышения добротности	индуктивного	элемента на осно
ве полупроводникового диода в	нем создают	отрицательное со

противление. Базу элемента легируют примесью, создающей глубо кие уровни. Толщину базы выбирают такой, чтобы при приложе-

нии обратного напряжения происходило полное перекрытие ее объемным зарядом. В интервале частот 400—20 ООО гц индуктив ность может достигать нескольких мгн, а добротность нескольких единиц.

Анализ индуктивных эффектов в транзисторных схемах с об щим эмиттером показал, что имеются возможности создания новых транзисторов с более сильным индуктивным эффектом. Эти тран зисторы работают при напряжениях выше тех, которые соответ ствуют коэффициенту усиления по току а — 1 . Например к ним относится транзистор, работающий в режиме регулируемого прибоя.

В качестве индуктивности в интегральных схемах могут быть использованы приборы с переменным пробивным напряжением. Такие приборы можно применять в усилителях, генераторах, частотных модуляторах, измерителях частоты и др. В качестве индуктивности применяют также спиральные линии, полученные методом осаждения металла на подложку. Добротность индуктивностей спиральных линий, осажденных на кремнии, ниже доброт ности индуктивностей спиральных линий, осажденных на стекле или керамике.

Контрольные вопросы

1.Как классифицируют полупроводниковые приборы по технологическим признакам?

2.Какова последовательность технологических операций при изготовлении сплавных кремниевых диодов?

3.Какова последовательность технологических операций при изготовлении кремниевых меза-диффузионных диодов?

4.Какова последовательность технологических операций при изготовлении сплавио-диффузионных транзисторов?

5.Какова последовательность технологических операций при изготовлении эпитаксиально-планарных кремниевых транзисторов?

6.Какова последовательность технологических операций при изготовлении меза-планарных германиевых транзисторов?

7.Какова последовательность технологических операций изготовления ин тегральных схем?

8.Какие методы изоляции интегральных схем вы знаете?

9.Как изготовляют резисторы, конденсаторы и индуктивности для интеграль ных схем?

ГЛАВА	ТРИНАДЦАТАЯ
ИЗМЕРЕНИЯ И ИСПЫТАНИЯ		ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ
ПРИБОРОВ

§ 87. ВИДЫ	ИСПЫТАНИИ
Испытания — это проверка соответствия параметров		полупро
водниковых приборов требованиям технических условий.
Испытания делятся на два вида: технологические испытания
арматур и приборов и проверку соответствия параметров		приборов
требованиям	технических условий. Технологические испытания про

водят во время изготовления приборов, чтобы отбраковать полу ченные заготовки р — я-переходов и арматуру после соответствую щих операций. Приборы проверяют на работоспособность при повышенных температурах, подвергают многократному цитирова нию и ударам, испытывают на герметичность и стабильность пара метров во времени. Проведение такого комплекса испытаний поз воляет отбраковать ненадежные приборы и найти пути усовершен ствования технологического процесса.

Проведение испытаний определяется методикой и требования ми, оговоренными техническими условиями на полупроводниковые приборы. Существуют два вида технических условий: общие (ОТУ) и частные (ЧТУ). Первые содержат требования для всех полупроводниковых приборов, вторые — нормы на электрические параметры и специфические требования, относящиеся к конкретно му типу прибора.

Общие технические условия устанавливают:

общие электрические, механические и климатические требова ния, а также требования к конструкции приборов и специальные требования к производству приборов;

методы проведения испытаний на надежность; требования к конструкторской и технологической документа

ции, используемой при производстве приборов, порядок примене ния материалов;

порядок контроля технологических процессов и мероприятия, проводимые при увеличении производственного брака;

правила приемки и контроля качества полупроводниковых при боров;

требования к испытательному оборудованию; требования к маркировке и упаковке; гарантии предприятия-изготовителя приборов.

Частные технические условия устанавливают: основное назначение прибора;

нормы на значения параметров при нормальной и предельных температурах окружающей среды;

режимы различных видов испытаний; нормы на параметры-критерии годности;

предельно допустимые значения электрических режимов и их зависимость от температуры.

Частные технические условия содержат указания и рекоменда ции по применению и эксплуатации приборов, а также справоч ные данные в виде типовых зависимостей важнейших параметров от рабочего режима и температуры.

ОТУ и ЧТУ предусматривают комплекс различных испытаний. Испытания, которым подвергают выпускаемые приборы, прово

дятся в такой последовательности:
приемо-сдаточные (С);
периодические	(П);
конструктивные	(К);
на длительную	работу (Д).
П р и е м о - с д а т о ч н ы м и с п ы т а н и я м подвергают каждую

партию приборов, предъявленную к приемке. Соответствие предъ явленной партии приборов требованиям технических условий про веряют выборочно. Последовательность приемо-сдаточных испыта ний, принятая в технических условиях, предусматривает перво очередное выявление наиболее грубых дефектов. Партия приборов считается годной, если при этих испытаниях количество приборов с отклонениями от требований технических условий не превышает допустимых значений.

П е р и о д и ч е с к и е и с п ы т а н и я проводят раз в месяц на приборах, отобранных из числа, выдержавших испытания по категории С. Выборку делают из нескольких партий, выпущенных в течение установленного времени, таким образом, чтобы она характеризовала контролируемый период производства приборов. Результаты периодических испытаний распространяются на все партии, выпущенные в течение этого времени. Периодические испы тания включают испытания, при которых приборы вырабатывают часть своего ресурса, в первую очередь, длительную вибрацию, многократные удары, термоциклы. Периодические испытания про водят на трех параллельных группах приборов.

К о н с т р у к т и в н ы е и с п ы т а н и я проводят на серийно выпускаемых приборах не реже одного раза в год, а также перед началом серийного производства и при изменении конструкции прибора или применяемых материалов. Эти испытания ведутся

параллельно	на четырех группах приборов.
И с п ы т а	н и я на д л и т е л ь н у ю р а б о т у проводят выбо

рочно на 100 приборах, прошедших испытания по категории С. Приборы испытывают в нормальных условиях в течение 5000 ч. По результатам этих испытаний рассчитывают основные показа тели надежности.

После каждого вида испытаний предусмотрена проверка основ ных электрических параметров приборов. По результатам изме рений проводят оценку результатов испытаний.


§ 88. ИЗМЕРЕНИЯ	ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ		ПАРАМЕТРОВ
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ		ПРИБОРОВ

Измерение вольт-амперной характеристики диода. Для изме рения прямого падения напряжения на диоде ИД используют схему, показанную на рис. 137. Генератор тока ГТ обеспечивает, постоянство прямого тока диода при различном падении напряже ния на диоде. Постоянное напряжение на диоде измеряют вольт метром ИН. Блок защиты БЗ предотвращает перегрузку вольтмет ра при отключении измеряемого диода. Постоянный. прямой ток измеряют миллиамперметром ИТ. В качестве генератора тока можно использовать батареи или стабилизатор напряжения с включенными последовательными резисторами.

	45,7					«Г - р		—
ГТ	45,7		\ин			ид		ГТ	ин	БЗ
									Е Е
Рис.	137.	Схема		Рис.	138.	Схема	Рис.		139.	Схема
для измерения			пря	для	измерения об		для измерения				по
мого	падения		на	ратного тока диода			стоянного			обрат
пряжения на диоде							ного		напряжения
									диода
Для измерения обратного тока диода							(рис.	138)	от	генератора
постоянного		напряжения		ГН	на	испытываемый		диод ИД			подают

обратное напряжение, величину которого контролируют вольт метром ИН. Обратный ток диода измеряют микроамперметром ИТ. Выходное сопротивление генератора постоянного напряжения должно быть достаточно малым. Вольтметр включают до измери теля тока и его блока защиты БЗ.

При измерении обратного тока особое внимание следует уде лять выбору материала изолятора, на котором монтируют испыты

ваемый диод. Если изоляционные свойства материала	изолятора
недостаточные, ток утечки через него может оказаться	соизмери
мым с обратным током диода, что имеет значение при	больших

обратных напряжениях. Держатель диода рекомендуется изго товлять из фторопласта.

Для измерения постоянного обратного		напряжения диода при
заданной	величине обратного тока (рис.	139) испытуемый диод
ИД через	микроамперметр ИТ подключают	к генератору постоян-

ного тока ГТ. Падение напряжения на диоде измеряется высоко-

омным

вольтметром ИН,

имеющим блок защиты

БЗ.

Измерение частотных

свойств

диода. Для

определения частот

ных свойств диод ИД включают

в схему однополупериодного

вы

прямителя с активно-емкостной

нагрузкой

(рис.

140).

На

вход

схемы подают синусоидальное напряжение от генератора

стандарт

ных

сигналов

ГСС,

которое

контролируют

амплитудным

вольт

метром

ИН.

согласования генератора ГСС

Резистор

служит

для

на

грузкой.

Частота, при которой выпрямленный ток, измеренный прибо

ром ИТ, уменьшается

на 30%

относительно своего

первоначального

Со

ни

Рис.

140.

Схема

Рис.

141.

Схема для

Рис. 142.

Схема

для

измерения

ча

измерения

вольтфа-

измерения

напряже

стотных

свойств

радной

характеристи

ния стабилизации

ста

диода

ки

варикапа

билитрона

значения, измеренного на низкой частоте, называется предельной частотой диода. При измерениях диодов на частотах выше 100 кгц необходимо принимать меры для уменьшения погрешности, вноси мой паразитными индуктивностями схемы.

Емкость С и сопротивления резисторов R2 и R1 выбирают в зависимости от применяемых источников стандартных сигналов.

Измерение вольтфарадной характеристики варикапов. Емкость

р— п -перехода зависит от приложенного внешнего напряжения. Вольтфарадная характеристика является криволинейной, поэтому точность измерения емкости определяется точностью задания ра бочей точки, в которой измеряют емкость, и точностью измерения переменного напряжения, при котором выполняют это измерение.

При измерении емкости варикапов наибольшее распростране ние получил метод емкостно-омического делителя (рис. 141). Если частота измерения / выбрана таким образом, что ток в цепи опре деляется реактивным сопротивлением емкости '/гя/Сд, напряжение на резисторе RB будет пропорционально измеряемой емкости С.

Установив вместо испытываемого диода ЙД эталонный конден сатор Сэ , можно отградуировать вольтметр, измеряющий напряже ние на нагрузке і?н В единицах емкости. Измеряемая емкость

Г —Г

<<< < Предыдущая 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 2425 / 2725 26 27 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ