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

Поверх эпитаксиальной пленки выращивают слой двуокиси кремния и с помощью процессов фотолитографии и травления соз­ дают в нем базовые окна (рис. 42, б). Сквозь базовые окна прово­ дят локальную диффузию бора (рис. 42, в), в результате чего об­ разуются базовые р-области структуры. Одновременно с диффузи­ ей идет вторичное окисление кремния.

Таким же способом получают эмиттерные окна (рис. 42, г), сквозь которые проводят локальную диффузию фосфора (эмиттер­ ные области имеют, следовательно, электронную проводимость —

Рис. 42. Технология изготовления планарно-эпитаксиального крем­ ниевого сверхвысокочастотного транзистора:

рис. 42, д). Затем после очередного окисления и фотолитографиро­ вания создают окна для невыпрямляющих контактов к эмиттеру и базе (рис. 42, е), в которые напыляют, а затем вплавляют алюми­ ний. Лишний алюминий с поверхности окисла удаляют также фо­ толитографией и травлением (рис. 42, ж).

Таким образом, получают транзисторы п—р—п—п+-типа, кол­ лекторной областью которых является исходный эпитаксиальный

п—п+-слой (рис. 42, з ).

§ 26. Оборудование для процессов диффузии и окисления

Для получения полупроводниковых приборов с воспроизводи­ мыми и стабильными параметрами необходимо, чтобы в диффузи­ онных и окислительных установках поддерживалась заданная тем­

71

пература с высокой степенью точности, в том числе по всей рабо­ чей длине канала печи и в течение длительного времени.

В современном оборудовании температура выдерживается с точностью ±0,5° С при длине рабочего канала 300—400 мм, чему способствуют автоматические системы терморегулирования.

Диффузию проводят в одно-, двух- и многозонных установках. Промышленностью выпускаются однозонные установки СДО—125/4 с четырьмя рабочими каналами и двухзонные однока­ нальные установки СДД—13А, созданные на базе унифицирован­ ных элементов. Ознакомившись с одной из них, легко разобраться в устройстве других. -

Рис. 43. Однозонная термическая установка СДО-125/4:

/ —камера нагрева, 2 — рабочие каналы, 3 — основание, 4 — приборы автоматической системы регулирования тем­ пературы, 5 — домкратный винт, б —линейка с фикса­ торами

Установка СДО—125/4 (рис. 43), предназначенная для прове­ дения диффузионных процессов в диапазоне температур от 500 до 1250° С, имеет рабочие каналы 2 — трубы из высокоглиноземистой керамики или кварца с внутренним диаметром 70 мм и состоит из двух частей: унифицированного основания 3 и камеры нагрева 1. Основание служит для размещения четырехтрубной печи и систем автоматического регулирования температуры. Каждая система включает регулятор 4 (РЕПИД-1), силовой блок питания, компен­ сатор температуры холодного спая термопары и другие элементы. Основание изготовлено из стального профиля и с трех сторон за­ крыто съемными декоративными панелями, имеющими жалюзи, а с четвертой — приборным щитком. В рабочем состоянии установка опирается на домкратные винты 5. Регуляторы температуры РЕПИД-1 смонтированы на выдвижных шасси, что облегчает их обслуживание.

72

Каждая нагревательная камера состоит из цилиндрической тру­ бы с нагревательным элементом и теплоизоляцией, каркаса,, осно­ вания с направляющими, боковых и торцовых крышек. Вводы тер­ мопар расположены сбоку. Витки нагревательного элемента спи­ рального типа из проволоки ОХ27Ю5А диаметром 5 мм разделены керамическими изоляторами.

В установке применена независимая трехканальная система ре­ гулирования температуры (рис. 44). Каналы регулирования оди­ наковы. В качестве примера рассмотрим работу одного из них.

Рис. 44. Схема автоматической системы регулирова­ ния и поддержания температуры на заданном уров­ не в термической установке:

При нагреве центральной секции 1 установки термопара 2 вы­ рабатывает сигнал, сначала проходящий через устройство 3 для компенсации температуры ее холодных концов. Далее термо-э.д.с.. поступает в блок 4 задания температуры, где формируется сигнал рассогласования (между действительным значением регулируемой величины и заданным напряжением), который через усилитель 5 постоянного тока подается в функциональный преобразователь 6У где в зависимости от объекта регулирования, к нему применяется тот или иной закон управления (пропорциональный, пропорцио­ нально-интегральный и т. п.). Затем сигнал поступает в блок тири­ сторов 7, которые управляют включением и отключением блока питания 8 нагревательных элементов. При выходе температуры из. допустимых пределов включается цепь сигнализации.

Технические характеристики установок СДО-125/2А и СДО-125/4А приведены ниже:

73

Несмотря на автоматическое регулирование установки, перед каждым очередным процессом контролируют как температуру, так и положение зон одинаковой температуры, пользуясь контрольной термопарой и потенциометром, постоянного тока ПП-63. Это необхо­ димо делать во избежание случайного брака, ущерб от которого может исчисляться сотнями и даже тысячами рублей.

Для проверки температуры по длине рабочего канала на кон­ трольной термопаре должны быть нанесены соответствующие деле­ ния. Вводя термопару в рабочий канал на небольшую длину, вы­ полняют первый замер температуры. Затем, продвигая термопару, устанавливают распределение температуры по длине кана'ла. Нача­ ло и конец требуемой зоны отмечают на стержне термопары и фик­ сируют по наружной линейке с движками, расположенной вдоль нагревательной камеры. Если обнаружится, что температура не соответствует заданной, ее необходимо отрегулировать задатчиком. Затем контрольные измерения повторяют. Все измерения выполня­ ют только при установившемся режиме работы установки.

Термические установки такого типа оборудуют газовыми сис­ темами, обеспечивающими процессы окисления и легирования полу­ проводника. Одна из таких систем показана на рис. 45.

Для окисления пластин во влажном кислороде кислород направ­ ляют через ротаметр 6 в увлажнитель 7 с дистиллированной водой, подогреваемой электроплиткой 8. Обогащенный парами воды кисло­ род поступает в рабочий канал 2 установки 1. Температура воды в увлажнителе поддерживается автоматически.

При одновременных процессах диффузии и окисления кислород направляют в установку прямо через питатель 5 с жидким диффузантом.

74

1

А г,Н2 02

Рис. 45. Газовая система термической установки:

/ — термическая установка, .2 —рабочий канал, 3 —лодочка с пласти­ нами, 4 — вентили, 5 — питатель с жидким диффузантом, 6 — ротамет­ ры, 7 —увлажнитель, 8 —электроплитка, 9 — газоочиститель, 10 — пита­ тель с этилсиликатом

Рис. 46. Термическая установка лучистого нагрева «Изоприн»

Нанесение пленки двуокиси кремния на пластины германия ме­ тодом пиролитического разложения можно проводить пропусканием аргона через питатель 10 с этилсиликатом.

Для проведения процессов диффузии и окисления технологиче­ ские газы должны быть очищены от паров воды и кислорода в газо­ очистителе 9.

При термической обработке полупроводниковые пластины 3 закладывают в специальные лодочки из кремния или кварца, кото­ рые представляют собой блоки с пазами для размещения пластин. Чтобы обеспечить лучшую устойчивость, с нижней стороны пластин срезают сегменты.

Совсем недавно в полупроводниковом производстве начали применять установки лучистого нагрева с трубчатыми инфракрас­ ными излучениями, которые отличаются меньшими по сравнению с установками СДО-125 габаритами и инерционностью нагрева и быстро входят в рабочий режим. Специальные приставки к базовой модели позволяют их использовать для проведения всех основных термических процессов. Очевидно, эти установки в дальнейшем най­ дут широкое применение. Техническая характеристика одной из них («Изоприн») приведена ниже:

одноканальную установку ЖКМЗ 017.002 (рис. 47, а) с максималь­ ной температурой нагрева 950° С. Установка снабжена автоматиче­ скими системами регулирования температуры и охлаждения.

Нагревательная камера 4 имеет металлический каркас, футеро­ ванный внутри теплоизоляционным материалом, и нагревательный элемент, который представляет собой трехсекционную спираль из сплава ОХ27Ю5А. Четыре шины спирали выведены на одну сторо­ ну нагревательного элемента.

В центральной части камеры проходит кварцевая труба 2 — ра­ бочий канал, которая опирается на стойки; торцы трубы уплотняют­ ся затворами 1 и 5: с одной стороны в нее подают газ, а с другой —

служат термопары 6—12, две из которых 9 и 10 (ТППР) расположе­ ны в центральной секции, две 8 и 11 — в крайних, еще две 7 я 12 (ТПП) выполняют роль датчиков защиты установки от перегрева и, наконец, одна 6 (ТХА) установлена в рабочем канале и работает на высокочувствительный прибор регистрации температуры.

76