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

П л а н а р н а я с т р у к т у р а представляет собой кристалл по­ лупроводника, содержащего один или несколько р-я-переходов, боковые границы которых выходят на плоскую поверхность кри­ сталла под изолирующим покрытием.

К преимуществам планарной структуры следует отнести пасси­ вацию поверхности перед созданием р-я-переходов, что уменьшает обратный ток коллекторного перехода, обеспечивает стабильность параметров транзисторов и большое значение коэффициента уси­ ления при малых токах, возможность создания р-п-переходов раз­ личной конфигурации с высокой точностью, большие возможности миниатюризации.

До появления меза- и планарных структур большинство прибо­

Внедрение новых структур позволило перейти на групповой способ обработки, что значительно технологичнее, более экономично, по­ зволяет значительно улучшить качество приборов и воспроизводи­ мость их параметров, дает возможность автоматизировать произ­ водство.

§ В.З. Технологические схемы получения некоторых транзисторов

Используя методы диффузии, сплавления, эпитаксиального нанесения слоев полупроводника и различные их комбинации, изго­ тавливают различные типы планарных и мезаприборов.

Мезатранзистор типа п-р-п с двойной диффузией (рис. В.З, а ).

Исходным материалом для данного транзистора служит пластина кремния с электропроводностью я-типа.

Для получения коллекторного р-я-перехода по всей поверхности пластины проводится диффузия акцепторной примеси. Затем пла­ стину подвергают нагреву в атмосфере кислорода, и над диффузи­ онным слоем образуется изолирующая пленка двуокиси кремния. Далее методом фотолитографии (см. гл. III) в окисной пленке соз­ даются отверстия под будущие эмиттерные р-я-переходы.

Для создания эмиттерного р-п-перехода диффузант (примесь донорного типа) вводится только в области эмиттерных окон; при этом окисная пленка кремния играет роль защитной маски.

Следующим этапом является удаление пленки Si02 в плавико­ вой кислоте со всей поверхности пластины и напыление в вакууме через соответствующий трафарет металлических контактов. Кон­ такты наносят один на эмиттер и два на базу по обе стороны от эмиттера.

На этой стадии пластина содержит несколько сотен транзи­ сторных структур, имеющих общий коллекторный р-п-переход. Что­ бы изолировать коллекторы и уменьшить их размеры, производят селективное травление. Поверхность, содержащую активную струк­ туру. обычно защищают с помощью пчелиного воска, битума, пицеина, наносимых через отверстия в металлической маске.

9

Незащищенный кремний между структурами травится в смеси кис­ лот так, чтобы граница коллекторного /7-я-перехода оказалась на некоторой высоте над поверхностью пластины. Таким образом, вся активная часть прибора сосредоточивается в столбике, возвышаю­ щемся над исходной пластиной,— это и есть мезаструктура.

Изготовление прибора завершается резкой пластины на кристаллы с мезаструктурами, сборкой и герметизацией.

Сплавно-диффузионный мезатранзистор типа р-п-р (рис. В.3,б). Этот прибор отличается от предыдущего вплавленным эмиттером.

После получения коллекторного диф­ фузионного р-п-перехода пластину поме­ щают в вакуумную камеру и на нее на­ кладывают металлическую маску с одним отверстием. С помощью двух испарите­ лей, размещенных по бокам от пластины, осуществляют напыление электродов для эмиттера и базового контакта. Образу­ ются две параллельные полоски. По­ скольку пластина подогревается, напы­ ляемые металлы вплавляются, образуя эмиттерный р-п-переход и базовый я-/г+-контакт. Мезаструктуру получают так же, как и в предыдущем случае.

Эпитаксиальный мезатранзистор с двойной диффузией (рис. В.З,в). На ис­ ходную низкоомную подложку осаждается эпитаксиальный слой, служащий в даль­ нейшем коллектором. В этот слой с элек­ тропроводностью /г-типа осуществляют диффузию акцепторов и затем, используя окисную защиту, доноров для получения эмиттера. Далее все процессы производят так же, как при изготовлении мезатранзисторов с двойной диффузией.

Планарный транзистор с двойной диф­ фузией (рис. В.З,г). В планарной техно­ логии коллекторный р-п-переход ограни­ чивается путем оксидного маскирования, а не вытравливанием мезы.

Перед диффузией исходную пластину кремния с электропровод­ ностью n-типа подвергают окислению и методом фотолитографии производят селективное удаление части окисла для создания буду­ щих базовых областей. Затем в окислительной среде проводят диффузию акцепторной примеси, образующей коллекторный р-«-переход и базовую области. Одновременно благодаря примене*

Ш

ГЛАВА ПЕРВАЯ

МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

§ 1.1. Структура кристаллического твердого тела

Большинство полупроводниковых матераилов представляет собой кристаллические твердые вещества с упорядоченной перио­ дической структурой. При описании различных структур исполь­ зуют следующие термины:

э л е м е н т а р н а я я ч е й к а — наименьший объем кристалличе­ ского вещества в виде параллелепипеда, перемещая который вдоль трех независимых направлений можно получить весь кристалл;

в ней атомы располагаются не только в вершинах куба, но и в центре каждой грани. Типичным для такой группы кристалличе­ ских веществ является алюминий.

Объемноцентрированная кубическая решетка состоит из ато­ мов, расположенных в вершинах и в центре куба (но не на его гранях). Такой структурой обладает, например, железо.

Кроме этих сравнительно простых структур, существует боль­ шое количество сложных, но также с кубической элементарной ячейкой. Большинство полупроводниковых материалов (германий, кремний и др.) имеют структуру решетки типа алмаза (рис. 1.1.).

12

Основную роль в этой решетке играет наличие тетраэдрических связей: каждый атом имеет четырех ближайших соседей, взаимо­ действующих с ним силами ковалентных связей. Решетка типа алмаза представляет собой модификацию гранецентрированной кубической решетки и как бы состоит из двух гранецентрирован­ ных решеток, сдвинутых относительно друг друга на четверть постоянной решетки.

В табл. 1.1. приведены некоторые параметры кристаллических решеток, в том числе координационное число, означающее число ближайших эквивалентных соседей данного атома, и коэффициент компактности, характеризующий плотность упаковки атомов в кристаллической структуре.

а — межатомное расстояние.

Классифицируют кристаллы в зависимости от размеров и фор­ мы элементарной ячейки, которые определяют по результатам ана­ лиза рентгеновских исследований. Систематизация кристаллов основана на соотношениях между длинами ребер (а, в, с) элемен­ тарной ячейки и ее углами (а, р, у). Существует несколько кри­ сталлических систем:

13