Соклоф С. Аналоговые интегральные схемы (1988) (1095417), страница 3
Текст из файла (страница 3)
метром примерно !00 мм помещается в кварцевую трубу, в кото. рой затем создается высокий вакуум. Небольшой затравочный монокристалл кремния приводится в соприкосновение с одним концом поликристаллического слитка. Как показано на рис, !.2, на одном из участков кварцевой трубы помещена охлаждаемая водой нагревательная спираль, через которую пропускается ток //ЯраяУл труба '1 йтуун рйа ярая уа ваитан ллии- нригталиеллнаыл нрлнния Ганарагллауа ирана ин лннована рллвнривения ллцлвли и вины , раагилвра Гнал лл ууниианн рвуа Ианвнрилтиллиу нарнии нрянний вн ия Гатралл нный нриаталл нрлннил Галины йлл аатрауни й Ркс. !,2. в!стол вовкой плавки в вакууме: а — зоякзя венке кристалла. ояестке; б — вырввзн.
высокой частоты. Индуцируемые в кремнии вихревые токи разогревают участок бруска, находящийся вблизи спирали, до тем. пературы, превышающей температуру плавления кремния. Таким образом, создается расплавленная зона, удерживаемая иа месте поверхностным натяжением. Сначала создают расплавленную зону на том конце слитка, где находится затравка, а затем медленно передвигают нагревательную спираль, так что расплавленная зона перемещается по всей длине бруска.
По мере движения зоны кремний расплавляется, а затем снова затвердевает, приобретая такую же монокристаллическую структуру, как у затравкч, Зонцая плавка может быть также использована для очистки кремния. Этот метод называется ванной очисткой. При наличии 15 Таблияа !.1 Сравнение параметров иренина, получаемого методами Чокральского и войной плавки Метод аонноа нхавкн Метод Чохраньского Удельное сопротивление, Ои см 0,001 — 25 0,00! — 500 1,0 — 50 0,001 — 25 О,ОО! — 100 0,005 — 20 0,00! — 10 00!й 0,0003 — 100 0,060 — 15 0,10 — 20 Радиальный градиент удельного сопротивлении (от центра до половины радиуса), од! (5 10 Времв жизни носителей, мкс йгдельмге сопротнвлиаие, См см 1 — 5 5 — 10 10 — 50 Свыше 50 10 25 50 100 !О 25 50 — ! 00 75 — 200 1О 000 — 30 000 (0,5 — 1,0) 1О е (2,5 — 5,0) ° !Оае см 5 границы раздела между жидкой и твердой фазами практически все содержащиеся в кремнии примеси имеют тенденцию переходить в жидкую фазу.
ганны образом, если перемещать расплавленную зону вдоль бруска кремния, примеси будут переходить в расплав в результате сегрегации и, следовательно, будут уноситься к дальнему концу бруска. Доведя расплавленную зону до конца бруска, ее можно перемещать в обратном направлении. Многократное повторение такого цикла обеспечивает очень высокую степень очистки. а-тип А5 1э 5Ь р-тап В А! Са А5 Р 5Ь В А! Са Технологиа ааготовленил интегральных схем 20 1~ 10 10 10 Плотность дислокаций, см"$ 0 — 1500 Содержание кислорода (5 — !О) !О е (2,5 — 5,0) !Ом см а !и Глава ! Метод зонной плавки предусматривает выращивание кристал.
лов в вакууме и без применения какого-либо тигля. Поэтому этот метод позволяет получать монокристаллы с очень высоким удельным сопротивлением и с очень низким содержанием кислорода и других примесей. При использовании метода Чохральского расплавленный кремний контактирует со стенками кварцевого тигля, что приводит к загрязнению расплава кислородом и другими примесями, содержащимися в кварце. В табл, !.1 сравниваются параметры монокристаллов, полученных методами Чохральского и зонной плавки. 1.2.2. Обработка слитка и резка иа аластинап По окончании процесса выращивания верхний и нижний концы слитка отреваются и поверхность слитка шлифуется, чтобы его диаметр был Рис, !.3. Пластина кремния диаметром !00, !25 нли !50 мм. Ориенюллианный срез одинаковым по всей длине и был в точности равен заданному значению (обычно 75, 100 или 12б мм) Кроме того, по образующей слитка сошлпфовывается плоскость, которая служит в дальнейшем для определения кристаллографической ориентации.
Затем слиток разрезают на пластины с помощью дисковой пилы большого диаметра, изготовленной из нержавеющей стали. Внутренняя режущая кромка диска упрочпена техническими алмазамн, В результате получаются пластины толщиной 600— 700 мкм (рис. 1.3).
Ориептапионный срез, как будет показано ниже, используется при проведении различных технологических операппй по изготовлению приборов. 1.2.З. Полировка и отмывка а,таст!ам. Кремниевые пластины, полученные после резки, имеют сильно поврежденную поверхность. Этн повреждения создает сам пропесс резки. Такие пла. стины проходят пелый ряд операпий полировки, цель которых заключается в следующем: 1. Удалить поврежденный слой кремния, образовавшийся прн резке. 2.
Получить поверхность с высокой степенью плоскостности, необходимую для выполнения фотолитографии, особенно в тех случаях, когда требуются элементы очень малых размеров. !т Технология игготоглгния иниегриленых схем 3, Обеспечить параллельность двух главных поверхностей пластины для успешного выполнения фотолитографии. На рис. !.4 схематически показан контур поверхности пластины и указана ее толщина после резки и после различных операций полировки. Обычно только на одной стороне пластины Парашеннггйслой топшиной-Тонхи ( й ро ре Иарушеннггй ооон с:<7 Нарушенннй апой талнгиной-2йнкн Ы/яиа»,Агннап порерхноеть~сйатиая сторона пяаегпиныр Рис.
!.4. Ц!лиФовка и полировка пластины. и— пластина послереаки;ив шлифопаииак пластина; е — полированная пластика;г — плат~вне после травлении. Пойераноетл, прапти«ееки не иглеюшлл й гт создается тщательно отполированная зеркально гладкая поверхность. Другая сторона («обратная») просто шлифуется для обеспечения приемлемой плоскостности и плоскопараллельностн. В качестве заключительной операции полировки часто используется химическое травление, в процессе которого удаляется очень тонкий слой кремния, оказавшийся г!овреждениым на прелыдущей операции полировки. Иногда для заключительной обработки используется химико. механическая полировка, По завершении всех операций полировки пластины тщательно отмываются и сушатся, после чего они могут быть использованы для проведения различных технологических процессов, необходимых для изготовления приборов.
1а Глава 1 Ниже мы рассмотрим каждый из этих процессов в отдельности, а затем покажем, как они сочетаются между собой, образуя единый технологический цикл изготовления полупроводниковых приборов, 1.3. Диффузия Рассматриваемый здесь процесс диффузии представляет собой диф(бузию примеси е твердой фазе.
С помощью этого процесса в поверхностный слой кремниевой пластины можно ввести раз- фпрн, рнврлрйндиРР~- ненй нр неясдруииян 4рлрямняенння ~аааасй ОООООО ООО',,О О О О(О ОО Рис. 1тк Диффузия по межлоуелиям. личные легируюшие примеси. Чтобы диффузия проходила с достаточной скоростью, температура пластины должна составлять 900 — !200'С, Как ни высоки эти температуры, они все же значительно ниже температуры плавления кремния, которая равна 1420 "С. Скорость, с которой различные примеси диффундируют в кремний в указанном диапазоне температур, составляет по порядку величины ! мкм/ч, а глубина проникновения, на которую рассчитано большинство диффузионных процессов, лежит в пределах от 0,3 до 30 мки.
При комнатных температурах процесс диффузии идет крайне медленно, поэтому можно считать, что атомы примеси закреплены на своих местах. Легируюшие примеси, имеющие очень малый атомный или ионный радиус, такие, как литий (1.1'), могут помещаться в про. межутках между атомами кремния (междоизлиях) и поэтому способны диффундировать очень быстро. Подобные примеси называют примесями внедрения, а их диффузию — диффизисй по междоизлиям (рис. 1.5). Хотя литий ведет себя в кремнии как до- 19 Технологсся илгоиюгленин интегральных схем норная примесь, его обычно не используют в технологии, так как атомы лития перемещаются в кристалле даже при температурах вблизи комнатной, т.
е. они не закреплены на своих местах. Подобным образом ведут себя и большинство других примесей внедрения. Если использовать их для изготовления приборов, то нельзя будет гарантировать долговременную стабильность характеристик этих приборов. РФЬтал.ага ПИерхиюыныи аагаы ааагагапаа Нааансаа I l ооооЬооооо оооЬоос) ооооо а С) )'х ~~~ууаиаагаа С) О С);1-О ,4лтале а о о оо- ° оооо Рнс. 1.б. Процесс генерации вакансий, и — дефект Шатки (пара поверхностный атом — вакаясня); б — дефект Френкеля (пара атом в междоуалнн — вакансия).
Для диффузии в кремнии удобнее использовать так называемые принеси зплсещения, имеющие болыпий атомный радиус. Атомы такой примеси слишком велики, чтобы поместиться в междоузлиях, поэтому они могут проникнуть в кристаллическую решетку только путем замещения атомов кремния. Используемые обычно донорные примеси замещения — это фосфор Р, мышьяк Аз и сурьма ВЬ, причем фосфор применяется чаще всего. Единственная акцепторная примесь, в той или иной степени используемая в технологии, — это бор В.
Диффузия примесей замещения возможна лишь при напичпи вакансий в кристаллической решетке, Вакансия — это незаполненный узел кристаллической решетки, в котором в припцнпе должен находиться агом. Идеальный кристалл не содержит вакансий, но в любом реальном кристалле всегда имеется некоторое ?иаеа ! 20 количество вакансий. Содержание вакансий можно зпа ппельно повысить путем нагрева кристалла, так как с ростом температуры их концентрация возрастает зкспоненциальио.
Вакансии могут создаваться у поверхности кристалла (дефекты Шо>пки), как показано на рис. !.6, а, или в объеме кристалла (дефекп>ы Френкеля), как показано на рис, !.6, б. Вакансии, возникающие у по. верхности, могут диффундировать в глубь кристалла и равномерно распределяться в его объеме. Присный ее>еи 9,, ОО" 00ф 0000000 00000 ' 0090000 00000000 т ОООО 0000000000'О 00000000000 0000000 Рис.!.7. Диффузия атома примеси. Благодаря присутствию вакансий атомы примеси проникаюх> в поверхностный слой кристалла и затем медленно диффунднруют вглубь, как показано на рис, !.?. 'Такая диффузия примеси представляет собой очень медленный процесс, состоящий из ряда последовательных перемещений: ведь для того чтобы атом примеси мог переместиться из одного атомного слоя решетки в другой, необходимо присутствие соответствующим образом расположенной вакансии.
1.3.1. Уравнения диффузии. Диффузия — это перемещение атоь>ов или других частиц под действием градиента концентрации (рнс. 1,8). Поскольку слепа от линии х = х, больше частиц, чем справа от нее, создается результирующий поток частиц, движущихся слева направо. Следует обратить внимание на то, что градиент концентрации Н>У/дх на этом графике янляется отрицательным и поток частиц направлен по оси +х. Плотность диффузионного потока, т. е, величина потока на единицу площади 1>, пропорциональна градиенту концентрации частиц илн атомов, Гее — и/х>/дх. Введя коэффициент пропорциональности, получим уравнение, называемое перваич законом ч>ика, У = — О (д/х>/дх), Величина 0 в этом уравнении — коэфФициент диффузии с раз- Технология изготовления инеи гралоннх ехем мерностью ем%.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
