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

испускает электроны. В газоразрядной камере 4, куда поступают пары рабочего вещества 6, поддерживается дуговой разряд, для чего между катодом 3 и анодом 5 поддерживают необходимую раз­ ность потенциалов. Пары под ударами электронов ионизируются и образуют плазму.

Плазма — это состояние вещества (газа), находящегося в виде положительно и отрицательно заряженных частиц (электронов и ионов) при скомпенсированном общем заряде. Необычные свойства плазмы проявляются при воздействии сильных магнитных полей

Рис. 52. Ионнолучевая установка:

(молния, северное сияние, световая реклама, короткое замыкание электрической сети). Для получения плазмы необходимо оторвать хотя бы часть электронов от атомов вещества, т. е. ионизировать вещество. Ионизацию можно производить как при помощи излу­ чения электрического разряда (в нашем случае), так и другими методами.

Головка источника ионов расположена между полюсами вспо­ могательного магнита, который концентрирует поток частиц и на­ правляет их в среднюю часть электромагнитного анализатора 8 (рис. 52, б). При этом плазма вытягивается через щель газораз­ рядной камеры, ускоряется, а затем проходит пространство дрейфа, где на нее не действуют никакие электрические и магнитные поля кроме объемного заряда самого пучка. Это пространство простира­ ется от источников ионов до входной границы электромагнитного анализатора 8, а также от выхода из него до заземленного элект­ рода приемника ионов.

84

В магнитном поле анализатора ионы движутся по криволиней­ ным траекториям, радиус которых при данных значениях напря­ женности поля и энергии ионов зависит от их массы, В результате в камеру приемника ионов попадает лишь вещество, предназначен­ ное для легирования. Посторонние примеси (с другими массами ионов) как бы отфильтровываются в анализаторе. Таким образом, по принципу действия электромагнитный анализатор аналогичен обычному масс-спектрометру и обеспечивает высокую чистоту ра­ бочего вещества, что является одним из достоинств ионного леги­ рования.

Изменяя величину кинетической энергии ионов, можно очень точно регулировать глубину их проникновения в полупроводник. Столик для закрепления пластин подвижен относительно пучка, что позволяет облучать их поочередно. Для охлаждения столика используют проточную воду.

Вакуумная система установки состоит из двух откачных агре­ гатов 12 и 13, подключенных соответственно к камерам приемни­ ка 11 и источника 15 ионов, фреоновой 14 и охлаждаемой жидким азотом 10 ловушек, вакуумной камеры 9, ротационных механиче­ ских насосов и кранов.

Ионнооптическая система включает три линзы: основную, про­ межуточную и фокусирующую.

Техническая характеристика ионнолучевой установки ИЛУ-3 приведена ниже.

из вакуумной камеры, системы управления электронным лучом и устройства для перемещения рабочего столика.

Внутри корпуса находятся камера электронной пушки 1 и рабо­ чая камера 12, в которых поддерживают вакуум 1-10~4—1 • 10_3мм рт. ст. В первой камере расположены электронная пушка, фокуси­ рующие электромагнитные линзы 4, стигматор и электростатиче­ ская (отклоняющая) система 5. Электронный луч 13, испускаемый вольфрамовым катодом 2, ускоряется под напряжением в несколь­ ко десятков киловольт и фокусируется на обрабатываемой пласти­ не б в виде пятна диаметром от 50 до 100 мкм; плотность мощности

в пятне 106—104 Вт/см2.

Пластина располагается во второй (рабочей) камере и ее мож­ но перемещать горизонтально в двух взаимно перпендикулярных направлениях. В рабочей камере имеются также оптическое окно и

85

детектор отраженных электронов (сканирующего электронного микроскопа) для контроля поверхности заготовки.

Рабочий столик 11 перемещается двумя приводными механиз­ мами с шаговыми двигателями 10, расположенными снаружи ва­ куумной камеры. Скорость перемещения можно изменять от 5,12 до 1,25-10~4 мм/с, причем каждый управляющий импульс (шаг) соответствует сдвигу столика на 10 мкм.

Рис. 53. Электроннолучевая установка:

Система управления электронным лучом обеспечивает установ­ ку необходимой длительности обработки изделия, регулирования тока и отклонения луча, а также характера пульсации.

При работе установки катод 2 электронной ¡пушки, изготовлен­ ный из вольфрамовой проволоки, нагревают до температуры 2400— 2500° С, а к аноду 8 подводят напряжение от высоковольтного трансформатора 14 через выпрямитель 15 (для различных систем от 20—30 до 100—150 кВ). Испускаемые катодом электроны под действием магнитного поля приобретают большую скорость и с помощью фокусирующих электростатических и электромагнитных

86

линз направляются в. виде луча на обрабатываемое изделие. В ре­ зультате электронной бомбардировки локальные участки поверх­ ности разогреваются до температуры 5000—6000° С.

Контрольные вопросы

1.Каково назначение электронных и ионных пучков'!1

2.Что такое элионная технология и каковы ее преимущества?

3.Какова последовательность операций при изготовлении диодов с исполь­ зованием электронного пучка?

4. Каков принцип действия электронно- и ионнолучевых установок?

Г Л А В А Ш Е С Т А Я

ТЕРМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ НАРАЩИВАНИЯ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ ПЛЕНОК

§ 30. Сведения об эпитаксиальных, пленках

ла из газовой фазы или в вакууме.

При изготовлении полупроводниковых приборов этим методом на кремниевые пластины, наносят кремний, а на германиевые — германий. Кроме того, можно, например, на германий наращивать арсенид галлия или получать пленки кремния на монокристаллических подложках из диэлектрика (сапфира, шпинеля, окиси бе­ риллия).

Эпитаксиальный метод производства полупроводниковых при­ боров отличается от диффузионного тем, что здесь не происходит проникновения конденсируемых атомов в основной материал. Пользуясь эпитаксиальной технологией, можно создать на одной подложке несколько поверхностных слоев, толщину и сопротивле­ ние которых легко регулируют.

Рассмотрим получение кремниевых эпитаксиальных пленок, так как германиевые эпитаксиальные пленки не получили широко­ го распространения. Достоинствами кремния по сравнению с гер­ манием является повышенная устойчивость к воздействию высоких температур и легкость его окисления.

Использование эпитаксиальных ¡пленок при производстве крем­ ниевых полупроводниковых приборов существенно увеличивает вы­ ход годных изделий, улучшает их параметры и значительно сокра­ щает по времени технологический процесс. При эпитаксиальной технологии применяют низкоомный исходный материал, на кото­ рый наносят пленку с большим удельным сопротивлением толщи­

ной в несколько микрон.

Для сравнения на рис. 54, а и б показаны планарная на кремнии н-типа и планарно-эпитаксиальная на кремниевой эпитаксиальной пленке п—п+-типа структуры транзистора.

87

Планарную структуру получают методом двойной диффузии: вначале в высокоомный я-кремний вводят акцепторную примесь для создания базовой ^-области, а затем диффузией донора формируют я-область эмиттера. Защитную пленку двуокиси кремния и омиче­ ские контакты получают обычными способами.

Как известно, транзистор должен обладать высоким пробивным напряжением в цепи коллектор—■база и низким напряжением на­ сыщения в цепи коллектор — эмиттер. Для удовлетворения этих

я+-области — малое последовательное сопротивление. Планарно­ эпитаксиальные приборы по сравнению с планарными отличаются быстродействием, линейностью характеристик и более высокой гра­ ничной частотой.

§ 31. Технологические методы эпитаксиального наращивания

Эпитаксиальные пленки получают осаждением вещества из га­ зовой фазы или напылением его в вакууме.

В первом случае исходным материалом служат различные соеди­ нения кремния, например тетрахлорид (БКЛ^), тетрабромид (31Вг4), трихлорсилан (БИ-Юз) и другие, которые в процессе осажжения восстанавливают водородом, одновременно выполняющим роль газа-носителя. Процесс ведут при определенной температуре. Например, при 1100° С происходит следующая реакция:

51С14+ 2 Н 2->51+4НС1