13. Основные технические операции при производстве п/пр имс: первичная обработка п/пр пластины, окисление.
При производстве полупроводниковых ИМС используются следующие основные операции:
1. Получение слитка монокристалла кремния;
2. Резка кристалла на пластины;
3. Создание базовых областей;
4. Металлизация;
5. Контроль;
6. Резка на кристаллы;
7. Монтаж в корпус и герметизация;
Для производства полупроводниковых микросхем используются элементарные полупроводники и различные их соединения. В качестве материалов для акцепторной примеси используются элементы 3-ей группы - алюминий, галлий, бор, индий, а для донорной примеси используются элементы 5-ой группы - сурьма, фосфор, мышьяк, висмут. Поликристаллический кремний непригоден для производства интегральных микросхем, поэтому необходимо получить монокристалл кремния, причем с минимальным количеством дислокаций и примесей.
Получение слитка монокристалла кремния
Первичная обработка,окисление: При производстве полупроводниковых ИМС используются следующие основные операции:
1.Получение слитка монокристалла кремния;
2.Резка кристалла на пластины;
3.Создание базовых областей;
4.Металлизация;
5.Контроль;
6.Резка на кристаллы;
7.Монтаж в корпус и герметизация;
На рисунке вверху приведен фрагмент структуры микросхемы, представляющей n-p-n-транзистор и включённый в коллекторную цепь резистор, а внизу – топология этого же участка. Цифрами обозначены: 1 – исходная монокристаллическая пластина – подложка; 2 – открытый слой; 3-эпитаксиальный слой (он же коллекторный); 4 – разделительный слой; 5 – базовый слой; 6 – эмиттерный слой; 7 – изолирующий слой с контактными окнами; 8 – слой металлизации; 9 – защитный слой (обычно SiO2).
Первой операцией по созданию областей другого типа проводимости является окисление кремния. Целью данной операции является получение пленки оксида кремния, которая используется при других операциях. Окисные пленки кремния применяют в качестве маскирующих покрытий при локальной эпитаксии и локальном травлении, для защиты и пассивации поверхности полупроводника, в качестве рабочего элемента в приборах на основе структур МОП, для диэлектрической изоляции активных и пассивных элементов ИС и т.п.
Для получения окисной пленки широко используется термическое окисление, при котором SiO2 получают при нагревании пластин кремния в среде окисляющего газа (кислород, водяной пар, увлажненный кислород). При этом пластины нагревают до температуры 1200°С в кварцевой трубчатой печи и создают поток сухого или влажного кислорода. Скорость роста сухой окисной пленки 0.2мкм/ч для сухого кислорода и 1мкм/ч для влажного. Оптимальная толщина пленки ограничена сверху необходимой адгезионной прочностью (трещины недопустимы), снизу - скоростью проникновения атомов примеси в пленку кварца при диффузии.
Недостаток данного метода - высокая температура, которая приводит к дополнительным дефектам. Поэтому проводят окисление при высоком давлении 2*10^5 Па. При этом температура составляет t = 400 -700 оС. Наиболее часто используется толщина - десятые доли мкм. Верхний предел 1-2 мкм. Иногда требуется создать плёнку оксида кремния не на кремнии (нечего окислять). Тогда используется соединения кремния с водородом или хлором, которые при соответствующих условиях разлагаются с выделением оксида кремния.