Новая сжатая ZIP-папка / Технология создания полупроводниковых приборов и интегральных схем.

Технология создания полупроводниковых приборов и интегральных схем. Для создания электрических переходов диодов и других полупроводниковых структур, как и многих других полупроводниковых приборов, с необходимыми электрическими параметрами используются различные технологические методы. К наиболее важным из них относятся: диффузия примесей, ионное легирование, эпитаксия, вплавление, локальная диффузия и ряд других физико-технологических приемов.

Технологический прием вплавление реализуется следующим образом. На очищенную поверхность полупроводниковой пластины с определенным типом проводимости (обычно n-типа) помещается таблетка или тонкая проволока металлического материала (часто акцепторного типа, например, алюминия при использовании кремния). При нагреве до температуры 900…1000 К алюминий плавится и растворяет прилегающий слой кремния, температура плавления которого выше. В результате рекристаллизации у поверхности пластины образуется слой Si p-типа, насыщенный алюминием. Недостатками этого процесса являются плохая воспроизводимость параметров из-за неконтролируемости процесса, и низкие рабочие токи из-за невысокого пробивного напряжения для микросплавных диодов, тогда используется не таблетка, а тонкая алюминиевая проволока.

При диффузии примесные атомы обычно из газовой фазы проникают через поверхность в полупроводниковую пластинку за счет теплового движения при высокой температуре ( 1300 К). Чем больше время или температура, тем глубже атомы проникают в пластину. Параметры процесса в этом случае контролируются, что обеспечивает лучшую воспроизводимость, по сравнению с вплавлением, электрических параметров полупроводниковых структур. Концентрация введенных атомов примесей является в этом процессе пространственно неравномерной. Она максимальна у поверхности и уменьшается при удалении от неё.

Электрический p-n –переход, сформированный диффузией, получается плоским с большой площадью, равной площади исходной пластинки. Это позволяет получить большие рабочие токи, что необходимо в мощных силовых дискретных диодах.

В микроэлектронике при изготовлении полупроводниковых интегральных схем используют методы локальной диффузии, при которой диффузия примесей осуществляется через отверстие в тонкой маске из оксида кремния SiO₂, формируемой на поверхности кремниевой пластины термическим окислением. SiO₂ не пропускает донорные атомы фосфора и акцепторные атомы бора. Отверстие в маске образуется с помощью фотолитографии. Максимальная площадь формирующегося таким методом перехода определяется разрешающей способностью фотолитографии, задающей минимальный размер отверстия, и толщиной диффузионного слоя. Возможности современной технологии позволяют формировать переходы с площадью несколько мкм².

Ионное легирование осуществляется ускоренными до энергии в десятки и сотни килоэлектронвольт ионами примесей, бомбардирующими поверхность полупроводника. Глубина проникновения ионов менее одного микрона, что позволяет получать очень тонкие слои. Легирование производится через отверстие в маске. Поскольку ионный пучок направлен строго перпендикулярно поверхности полупроводника и боковое рассеивание невелико, то размеры легированной области точно соответствуют отверстию в маске. В результате удается получить переходы с маленькой площадью (менее 1 мкм²), чем с помощью локальной диффузии. Необходимое распределение концентрации примесей достигается регулированием энергии и плотности потока ионов за счет ускоряющего напряжения и времени облучения.

Эпитаксия – это процесс наращивания при Т1300 К на пластину полупроводника (подложку) монокристаллического слоя толщиной 1-15 мкм, который воспроизводит структуру подложки. В результате формируется единичный монокристалл. Обычно материал наращиваемого слоя и подложки одинаков, но возможно применение и различных материалов с близкой кристаллической структурой, например, при формировании гетеропереходов. Для создания многослойной структуры проводят несколько последовательных эпитаксий.

Для получения очень тонких (до нескольких нанометров) структур, близких к ступенчатым, используют молекулярно – лучевую технологию (нано технологию), осуществляемую в сверхвысоком вакууме. Молекулярные пучки получают за счет испарения компонентов пленки.