Файл: Моряков, О. С. Вакуумно-термические и термические процессы в полупроводниковом производстве учеб. пособие.pdf

Достоинством метода является возможность использования токсичных примесей без специальных защитных устройств, а недос­ татками — большая трудоемкость подготовительных работ, высокая

ветствии со схемами, показанными на рис. 34. Рабочим каналом установки служит труба из переплавленного кварца, имеющая на входной стороне шлиф. Трубу помещают в печь. При нагреве диффузант испаряется, попадает на пластины полупроводника и диф­ фундирует в них. В зависимости от источника примеси процесс про­ водят как при постоянной, так и переменной температуре. Источни­ ки диффузии могут быть в жидком, газообразном и твердом состоянии.

Этим методом осуществляют диффузию фосфора, бора, мышья­ ка, сурьмы и галлия в германий и кремний.

Источником фосфора обычно служит фосфорный ангидрид (Р2О5). В результате взаимодействия с кремнием образуются эле­ ментарный фосфор и окись кремния. Продукты реакции создают на поверхности пластин стекловидный слой фосфоросиликатов, из которого и происходит диффузия. Этот слой предохраняет кремний от эрозии и испарения, а также связывает вредные металлические примеси.

При работе с токсичными веществами (фосфором и сурьмой) продукты диффузионного процесса, покидающие систему, должны

кварцевые ампулы, вставленные друг в друга открытыми концами, уплотненные шлифом или платиновой прокладкой 4. Камера долж­ на быть закрыта так, чтобы не было большой утечки паров приме­ си; в то же время она не является герметичной, что обеспечивает поступление кислорода и удаление влаги.

Окисная пленка на поверхности полупроводниковых пластин 3 при нагреве адсорбирует газообразную примесь. В качестве источ­ ника диффузии при работе с кремнием обычно используют смесь, состоящую из диффузанта 5 и кремния.

§ 23. Контроль качества диффузионных слоев и окисных пленок

Проверяют результаты диффузии при изготовлении электронно­ дырочных переходов обычно на контрольных пластинах. Для конт­ роля соответствия фактических параметров прибора расчетным необходимо знать концентрацию носителей зарядов в диффузион­ ных слоях, т. е. определить характеристики диффузионного слоя; его удельное сопротивление (после загонки диффузанта) и глуби­ ну залегания р —•п-перехода.

60

где и — напряжение между средними зондами; I — сила тока, про ходящего через крайние зонды; — расстояние между зондами.

Измерения выполняют на специальной установке (рис. 36). Ток / батареи Е подводят к пластине через крайние зон­ ды 1 и 4 и устанавливают по миллиамперметру тА при по­ мощи переменного резистора 7?. Напряжение и между зон­ дами 2 и 3 измеряют потенцио­ метром ПТ. Зонды укреплены в специальном держателе та­ ким образом, чтобы обеспечи-

ми косого и сферического шлифов, применение которых позволяет более четко выявить залегание диффузионных слоев на сошлифованной поверхности полупроводниковой пластины (рис. 37). Пер­ вый метод обычно применяют, когда диффузионные слои имеют толщину свыше 15—20 мкм, а второй — при меньших толщинах. Метод косого шлифа, хотя и является более простым, но дает не­ значительную точность, а получение сферических шлифов — трудо­ емкая операция. Для шлифования используют абразивную суспен­ зию или алмазные пасты.

61

62

Рис. 38. Микроскопы:

g, - МИМ-7, 6 —МИИ-4

рис. 37, в) и пользуются формулой

2 2

где XI — половина длины хорды (по делениям шкалы микроскопа МИМ-7); К — масштаб увеличения; (¿' — диаметр шарика шлифовальника.

Положение хорды, которая является одновременно касательной к внутренней концентрической окружности, видимой в микроскоп, ясно из рис. 37, б. Эта окружность определяет нижнюю границу диффузионного слоя.

Для большей точности обычно делают несколько (3—5) заме­ ров в различных частях пластины. В качестве окончательного ре­ зультата берут среднее арифметическое значение.

например, микроскопом МИМ-4 (см. рис. 38, б). Расчеты ведут по

формуле

/ = 0,27#,

где ¿ — толщина пленки, мкм; N — количество красных интерфе­ ренционных полос; 0,27 — высота неровностей контролируемой по­ верхности, соответствующая искривлению в одну интерференцион­ ную полосу, мкм.

Например, при четырех-пяти полосах толщина окисного слоя на кремниевых пластинах составляет 1-—1,3 мкм.

Кроме того, для определения толщины окисного слоя использу­ ют другие методы, например эллипсометрический или отражения поляризованного луча. Однако они не нашли широкого примене­ ния.

§ 24. Оборудование для контроля качества диффузионных слоев

Ко с ые шл и фы получают при помощи приспособления ЖК 20.333, показанного на рис. 39, а. Исследуемую пластину полу­ проводника 3 приклеивают стороной без диффузионного или окис­ ного слоя к оправке 2, скошенной под заданным углом к основа­ нию 1. Оправку закрепляют винтом и приспособление устанавли­ вают на шлифовальник станка ЖК 14.09. Подав абразивную сус­ пензию, включают шлифовальник . и обрабатывают пластину. Заданный угол сошлифовки выдерживается автоматически. Затем, сняв приспособление, промывают пластину и отклеивают ее с оправки.

стальной шарик 5, удерживаемый на шпинделе притяжением маг­ нита. Обрабатываемую пластину закрепляют на держателе 4, кото­ рый может находиться в двух положениях; рабочем, когда пласти-

64