Запорожец  Издания 

0 1 [ 2 ] 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193

Глава 1. Технология изготовления интегральных схем

1.1. Основные операции в технологии изготовления кремниевых приборов

Для изготовления различных кремниевых приборов, таких, как диоды, транзисторы и интегральные схемы (ИС), используются следующие основные операции:

1) диффузия (и ионное легирование),

2) окисление,

3) фотолитография,

4) химическое осаждение из газовой фазы (в том числе эпи-таксиальное наращивание),

5) нанесение металлизации.

С помощью перечисленных операций из пластин монокристаллического кремния можно получить функционирующие дискретные приборы (т. е. отдельные диоды и транзисторы) и ИС. На одной пластине кремния могут помещаться десятки, сотни или даже тысячи дискретных приборов или ИС. Для получения отдельных приборов пластину разделяют на кристаллы.

Эти кристаллы затем помещаются в корпус. Существует большое разнообразие типов корпусов и методов сборки. Сборка кристаллов в корпус преследует две цели: 1) герметизировать кристалл, чтобы защитить его от внешних воздействий, и 2) обеспечить удобный доступ к различным частям кристалла с помощью набора выводов, выполняемых таким образом, чтобы они легко устанавливались в контактные отверстия или припаивались к контактным площадкам, предназначенным для присоединения прибора к электронной системе.

Перечисленные выше основные операции обычно выполняются несколько раз на протяжении технологического цикла, особенно в случае ИС, когда операции фотолитографии, окисления и диффузии могут повторяться до 10 раз.

1.2. Подготовка кремниевых пластин

Исходным материалом для изготовления кремниевых приборов слул<ат пластины монокристаллического кремния, которые различаются по типу проводимости и уровню легирования. Подготовка кремниевых пластин состоит из следующих основных этапов:



1) выращивание кристалла с одновременным его легированием,

2) обрезка концов слитка и его шлифовка,

3) резка слитка на пластины,

4) полировка и травленпе пластин,

5) отмывка пластин.

Ниже приводится краткое описание этих этапов.

1.2.1. Выращивание кристалла. Цель процесса выращивания кристалла - получение монокристаллического слитка кремния определенного типа проводимости и с определенным уровнем легирования. Исходным материалом для выращивания монокристалла служит поликристаллический кремний высокой чистоты. Чистота этого материала обычно характеризуется цифрой, превышающей 99,9999999 %, или «9 девяток», и соответствует концентрации примеси менее 1 атома на миллиард (10") атомов кремния. В единице объема (1 см) содержится 5,0-10 атомов кремния, так что относительное содержание атомов примеси 1 : 10" соответствует их абсолютной концентрации 5-10 см". Эта остаточная рримесь, как правило, состоит преимущественно из акцепторных атомов, таких, как атомы бора, а удельное сопротивление кремния, соответствующее указанной концентрации примеси, составляет приблизительно 300 Ом. см. Промышленность выпускает поликристаллический кремний с содержанием примесей менее чем 1 10".

Для выращивания монокристаллических слитков кремния чаще всего используется метод Чохральского. Поликристаллический кремний вместе с соответствующим количеством легирующей примеси или легированного кремния помещается в кварцевый тигель, который затем устанавливается в печи для выращивания. Материал разогревается до температуры, немного превышающей температуру плавления кремния, которая составляет 1420 °С. Затем в расплав окунается небольшой стержень из монокристаллического кремния, так называемый затравочный кристалл. Он медленно вытягивается из расплава, как показано на рис. 1.1. Благодаря отводу тепла через затравочный кристалл температура расплава в месте его контакта с кристаллом оказывается несколько ниже температуры плавления кремния. В результате кремний затвердевает, осаждаясь на конце затравочного кристалла, и, по мере того как кристалл медленно вытягивается из расплава, вместе с ним вытягивается затвердевшая масса кремния, которая имеет такую же кристаллическую структуру, как затравка. И затравочный кристалл, и тигель вращаются, но в противоположных направлениях в процессе вытягивания, что обеспечивает получение слитков круглого сечения.

Вытягивание кристалла производится в атмосфере инертного газа, обычно аргона или гелия, а иногда и в вакууме. Диаметр



слитка определяется скоростью вытягивания и температурой расплава и составляет обычно от 100 до 150 мм. Длина слитков

Хода Зой 8ал


Затра&ачный нришал/t

3 BpauieHue

XpBffSou 8a/i

I еитягидания

Затравачшй кристалл Шейна

Слитая кремния


Рис. 1.1. Выращивание кристал.па методом Чохральского. а - установка затравки; б - вытягивание кристалла,

В большинстве случаев составляет примерно 100 см. Для вытягивания такого слитка требуется несколько часов.

Для получения монокристаллических слитков кремния, особенно в тех случаях, когда требуется материал с очень высоким Удельным сопротивлением (>100 Ом-см), используется метод



0 1 [ 2 ] 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193