8.2. Типовые технологические процессы и операции создания полупроводниковых ис

8.2.1. Подготовительные операции

Создание полупроводниковых ИС [14,15] начинается с получения монокристаллических слитков кремния или германия. Мы будем далее говорить о кремнии, являю­щемся основой интегральных схем. Известно несколько методов получения монокристаллических слитков. Кратко остановимся на методе Чохральского и методе зонной плавки.

Метод Чохральского. В расплавленное нагревателем 1 вещество 3, которое на­ходится в тигле 2 и имеет температуру, близкую к температуре плавления, опускают монокристаллическую затравку 4 того же состава, что и расплав (рис. 8.1). Далее при­водится в действие механизм подъема и вращения затравки; при этом затравка сма­чивается расплавом и увлекает его вверх, вследствие чего расплав на затравке нара­стает в виде кристаллической фазы. Метод обеспечивает получение полупроводни­кового материала в форме совершенных монокристаллов с определенной кристал­лической ориентацией и минимальным числом дефектов. Нагреватель может быть резистивным, высокочастотным, электронно-лучевым.

Метод зонной плавки (метод перекристаллизации). На рис. 8.2 показана схема безтигельной вертикальной зонной плавки. Обозначения такие же, как на рис. 8.1.

Перед началом кристаллизации расплавляется не вся твердая фаза кристалла 4, а только узкая зона 3, которую перемещают вдоль кристалла смещением нагрева­теля. Большинство примесей обладают хорошей растворимостью в жидкой фазе по сравнению с твердой, поэтому по мере продвижения зона плавления все больше насыщается примесями, которые концентрируются на конце слитка. Обычно про­цесс зонной плавки повторяют несколько раз, по окончании очистки загрязненный конец слитка отрезают.

Достоинством метода является совмещение процесса глубокой очистки полупроводника с последующим выращивани­ем его монокристалла. Обычно изготовля­ют монокристаллы с равномерным распре­делением легирующей примеси (донорной или акцепторной). Легирование кремния или германия элементами осуществляется введением в расплав соответствующей примеси. Таким образом, слитки могут иметь электронную электропроводность (n-тип) или дырочную (р-тип). Максималь­ная длина может достигать 100…150 см, а диаметр слитка до 150 мм и более.

Слитки кремния разрезают на множество тонких пластин (толщиной 0,4...0,5 мм) с помощью вращающихся стальных дисков с внутренней и внешней режущими кром­ками, армированными искусственными или природными алмазами. Применяется так же резка с помощью тонкой проволоки (0,08...0,1 мм), совершающей возвратно-поступательное движение. Резку проводят вольфрамовой проволокой, покрытой тон­ким слоем алмазной крошки.

После резки слитков на пластины для получения параллельности сторон пла­стин, точного соответствия заданным размерам и уменьшения глубины нарушенного слоя проводят шлифование пластин. Для шлифования применяются абразивные ма­териалы, алмазные порошки, полировочные пасты.

Важным в полупроводниковой технологии является также очистка поверхности от загрязнений органическими веществами, особенно жирами. Для этого используют органические растворители (толуол, ацетон, этиловый спирт и др.) при повышенной температуре. Травление, очистка и многие другие процессы сопровождаются отмыв­кой пластины в деионизованной воде.