Файл: Курносов, А. И. Технология производства полупроводниковых приборов учеб. пособие.pdf

стенке скафандра смонтировано устройство для создания электро­ статического поля, которое обеспечивает захват и оседание пыли­ нок на заряженной пластине.

Схема установки для обезжиривания и травления показана на рис. 3.8. От электродвигателя 2 через муфту 3 передается усилие на вал 1 и шестерню 4. Вал 1 проходит через корпус ванны 5 и со­ единяется с кассетой 6. В корпусе 5 имеется загрузочное отвер­ стие 7. С помощью двигателя 2 кассета опускается в ванну 8 и по­ сле проведения процесса обезжиривания поднимается в верхнюю часть рабочей камеры. Ванна 8 снабжена внешним нагревателем^ для подогрева рабочей жидкости.

Установка для нанесения фоторезиста включает два дозатора,

две центрифуги, стол и скафандр. Дозаторы 1 с центрифугами 3 (рис. 3.9) размещают на столе 4 установки и герме­ тично закрывают прозрач­ ным колпаком. Нанесение фоторезиста на полупровод­ никовые пластины, произво­ дят следующим образом. На диск центрифуги помещают полупроводниковую пла-

стану и закрепляют ее с помощью вакуумного присоса. Из дозато­ ра на пластину наносят фоторезист. Объем наносимого фоторези­ ста зависит от площади исходной пластины, консистенции фоторе­ зиста и скорости вращения центрифуги. При вращении центрифуга под действием центробежных сил фоторезист растекается по по­ верхности пластины тонким ровным слоем.

Один дозатор служит для нанесения фоторезиста, а другой для подачи растворителя (толуола). Две центрифуги используют

8»

поочередно таким образом, чтобы при работе одной вторая прохо­ дила процесс промывки в растворителе.

При работе на установке внутрь скафандра подается очищен­ ный азот.

Скафандр имеет два шлюза для получения и передачи пластин ■с одной технологической операции на другую. Для очистки внут­ ренней полости скафандра от пыли имеется устройство, создающее электростатическое поле, которое обеспечивает оседание пыли на заряженной пластине, расположенной вдоль задней стенки ска­ фандра.

Установка сушки пластин с фоторезистом включает стол, на ко­ тором смонтирована печь, и герметичный скафандр. Печь имеет две зоны и изготавливается из нержавеющей стали. Первая зона пред­ ставляет собой предварительную камеру для загрузки кассет, авторая зона является сушильной камерой. Предварительная камера печи снабжена двойными стенками, между которыми циркулирует сжатый воздух для ее охлаждения. Для охлаждения кассет с пла­ стинами, находящимися внутри предварительной камеры, в нее по­ дается очищенный азот. Сушка фоторезиста производится в среде дзота. Температура печи может устанавливаться в диапазоне от 100 до 200° С и поддерживаться с точностью ±10° С.

Установка совмещения и экспонирования предназначена для совмещения рисунков на пластине с рисунком на фотошаблоне, получения между ними плотного механического контакта и экспо­ нирования слоя фоторезиста через отверстия в рисунке фотошаб­

стоящий из столика со сферическим основанием, рамки, двух экс­ центриковых дисков для перемещения столика, устройства для вращения столика и корпуса.

Перед процессом совмещения пластину 1, покрытую фоторези­ стом, помещают на сферический столик 2 и сжатым воздухом под­ нимают до соприкосновения с поверхностью фотошаблона 3, кото­ рый расположен на рамке 4. Фотошаблон в свою очередь тоже может перемещаться вместе с рамкой под действием сжатого воз­ духа. Совмещение рисунка фотошаблона с рисунком на пластине производится с помощью вращения двух эксцентриковых дисков 5 п 6, которые перемещают камеру с рамкой в двух взаимно пер­ пендикулярных направлениях. Кроме того, манипулятор снабжен устройством 7, которое позволяет вращать столик с пластиной во­ круг вертикальной оси. Фиксация столика в нужном положении производится с помощью тороида 8, расположенного по окружно­ сти столика в неподвижном корпусе манипулятора 9.

После процесса совмещения производят экспонирование фото­ резиста осветителем, выполненным на основе лампы ДРШ-250.

90

Время экспонирования автоматически задается с помощью реле времени.

Установка для проявления фоторезиста и травления окисного-

слоя кремния состоит из трех ванн (проявления, травления и про­ мывки), камеры сушки и герметичного скафандра. Все узлы уста­ новки монтируются на столе и защищаются от внешних воздей­ ствий прозрачным скафандром.

Ванна для проявления фоторезиста одновременно служит ван­ ной для травления окисного слоя кремния. Для проявления фото­

резиста в ванну заливают толуол, а для травления окиси крем­

Ванна для промывки имеет в верхней части радиальные отвер­ стия. При прохождении через эти отверстия струи воды образует­ ся душ, который промывает пластины.

Промытые пластины поступают в камеру сушки, в которую по­ дается нагретый до 40—50° С азот.

Установка контроля предназначена для оперативного контроля основных характеристик и дефектов фотолитографического процес­ са. На столе установки смонтирован микроинтерферометр, который заключен в прозрачный герметичный скафандр. В качестве ин­ терферометра часто используют микроскоп МИИ-4.

91

ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ

МЕТОД СПЛАВЛЕНИЯ

§ 4.1. Физико-металлургические основы образования сплавного р-и-перехода

Метод сплавления широко используют в технологии производ­ ства полупроводниковых приборов для создания р-л-переходов и омических контактов.

Для образования сплавного р-л-перехода на поверхность полу­ проводникового кристалла помещают электродный материал — ме­ талл или сплав; система нагревается до температуры, при которой осуществляется сплавление, и после небольшой выдержки охлаж­ дается. Характер протекания процесса сплавления и качество по­ лучаемых переходов определяются поверхностными свойствами металла и полупроводника, чистотой реагирующей системы, состоя­ нием окружающей атмосферы, взаимной растворимостью компо­ нентов, диффузией атомов металла и полупроводника в жидкой фазе, растеканием расплава.

Физические процессы, происходящие при сплавлении, делятся на три последовательных этапа:

1) смачивание электродным материалом поверхности полупро­ водника;

2)растворение некоторого объема полупроводника в электрод­ ном сплаве, определяемое диаграммой состояния;

3)образование р-п-перехода или омического контакта вслед­ ствие кристаллизации растворенного полупроводникового материа­ ла при охлаждении расплава.

Смачивание. До растекания расплавленного металла или раст­ ворения должно иметь место смачивание поверхности полупровод­ ника расплавом.

Чем больше молекулярное сродство между контактирующими веществами, тем лучше смачивание и тем больше растекание расплава.

На рис. 4.1 показаны в виде векторов составляющие сил по­ верхностного натяжения, действующие на край капли расплава, находящейся на поверхности твердого тела. Условие равновесия сил поверхностного натяжения, если они значительно больше силы тяжести, определяет величину краевого угла смачивания 0:

Tfi

92

у s и малых yL и ysL- Для хорошего растекания расплава по полу­ проводнику должно выполняться условие ys^-\L- Чем больше раз­ личие между уs и уь, тем больше угол смачивания.

Поверхностное натяжение большинства материалов, находя­ щихся в жидкой фазе, изменяется при изменении температуры по закону, близкому к линейному, уменьшаясь с нагревом:

может быть связано с уменьшением поверхностного натяжения сплава, так как оно изменяется моно­

тонно. Изменение краевого угла смачивания объясняется тем, что при определенных температурах начинается интенсивное растворе­ ние полупроводника, в результате чего изменяется направление действия сил поверхностного натяжения.

Наличие примесей на поверхности твердого тела, как правило, ухудшает ее смачивание металлами. Примеси в расплаве, умень­ шая его поверхностное натяжение, напротив, способствуют смачи­ ванию. Окисление поверхности полупроводника в большинстве слу­ чаев является серьезным фактором, препятствующим равномерно­ му смачиванию.

При создании сплавных приборов на германии и кремнии наи­ более широко употребляют индий, алюминий, олово и золото. Золо­ то не образует стабильных окислов при повышенных температурах. Однако многие металлы, используемые в полупроводниковой ме­ таллургии, а также кремний, германий и их эвтектики с золотом

93

очень быстро образуют окислы на поверхности; их слшчивание мо­ жет быть обеспечено только после механического разрыва пленки окисла. Окислы, возникающие на индии или германии, легко вос­ станавливаются водородом при температурах сплавления. На по­ верхностях алюминия и кремния образуются наиболее стабильные и устойчивые окислы, которые не восстанавливаются в водороде. Источником кислорода часто являются водяные пары. Окисление может быть замедлено, если процесс сплавления осуществляется в восстановительной или в нейтральной атмосфере.

Наличие на поверхности твердых тел окислов или иных поверх­ ностных слоев не всегда существенно препятствует смачиванию.

В)

Рис. 4.2. Изменение краевого угла смачивания при сплавлении германия с индием (а) и свинцом (б) и кинограммы профилей цилиндрических электро­ дов из In, Sn, Pb, PbSb в различные моменты на­ грева на германиевой пластине (о)

Многие расплавленные металлы способны отслаивать пленку окис­ ла от подложки, на которой они образовались. Это происходит либо вследствие диффузии через окисел, либо в результате про­ никновения расплава в приповерхностную область через микропоры в слое окисла и последующего растекания вдоль этой припо­ верхностной области.

Иногда наблюдается явление дифференциального смачивания, состоящее в постепенном изменении смачиваемости поверхности. Оно обусловлено изменением состава расплава, происходящим

94