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

торов обратными токами переходов, а для диодов — обратным нап­ ряжением. Обратные токи переходов должны быть как можно меньшими, а обратные напряжения — большими.

При визуальном контроле отбраковывают кристаллы с дефек­ тами, видимыми под микроскопом.

На рис. 26 показаны схемы установок для проверки формы вольтамперной характеристики, измерения статического коэффи­ циента передачи тока и обратных токов эмиттера и коллектора.

При проверке вольтамперной характеристики (рис. 26, а) крис­ таллы с р — «-переходами помещают в контактное приспособление КП и, пользуясь телефонным ключом К, подают напряжение от

КП

Рис. 26. Схемы контроля качества сплавления:

а —• проверки формы вольтамперных характеристик, б —измерения стати­ ческого коэффициента передачи тока транзистора, в и г —измерения об­ ратных коллекторных и эмиттерных токов

источника переменного тока ИПН поочередно на любую пару элек­ тродов (эмиттер — база, коллектор — база или эмиттер — коллектор). В установку входят также блок питания БП и усилители вер­ тикального УВ и горизонтального УГ отклонения.

Вольтамперные характеристики наблюдают на экране электрон­ нолучевой трубки ЭЛ осциллографа (рис. 27). Качественные кристаллы должны иметь прямоугольную характеристику при

при^подаче напряжения на электроды эмиттер — коллектор (рис.

Если вольтамперная характеристика представляет собой вер­ тикальную прямую (рис. 27, в), это свидетельствует о замыкании (соприкосновении) эмиттера и коллектора; причинами такого явления могут быть высокая температура сплавления, значитель-

47

ный разброс кристаллов по толщине или завышение дозы электрод­

замыкание кристаллодержатель — электрод. Такие дефекты испра­

влению не поддаются.

Для измерения величины статического коэффициента передачи тока (см. рис. 26, б) на коллектор транзистора подают нужное

также низкая температура сплавления, т. е. малая глубина сплав­ ления и большое взаимное смещение электродных и коллекторных заготовок. При малой глубине сплавления брак можно исправить повторением процесса при более высокой температуре. Остальные . дефекты неустранимы.

Форму вольтамперной характеристики и величину статического коэффициента передачи тока проверяют, как правило, одновремен­ но.

Обратные токи коллектора и эмиттера транзисторов измеряют, пользуясь схемами, показанными на рис. 26, в и г и не требующими особых пояснений. Эти схемы можно также использовать для оп­ ределения обратных напряжений и токрв диодов.

§ 19. Термическое оборудование для процессов сплавления

Сплавление проводят в установках (печах) с автоматическим ре­ гулированием и поддержанием температуры. Преимущественно ис­ пользуют конвейерные печи, которые по назначению разделяют на низкотемпературные с максимальной температурой нагрева 900° С (для германиевых приборов) и высокотемпературные с максималь­ ной температурой нагрева 1250°С (для кремниевых). Эти печи мо­ гут быть газовые (обычно водородные) и вакуумные. В заводских условиях удобнее газовые конвейерные печи, так как они более про­ изводительны, а также просты и надежны в эксплуатации.

Существует несколько типов конвейерных печей, которые не­ смотря на различную конструкцию построены по одной схеме. Для

48

обеспечения разнообразных температурных режимов печи делают многозонными, что позволяет легче изменять температуру по их длине.

В термических конвейерных установках используют нагреватели сопротивления: прямонакальные, изготовляемые из материалов с высоким электрическим сопротивлением и служащие одновременно рабочими каналами установок, а также косвенного нагрева, напри­ мер проволочные и силитовые, служащие только для нагрева рабо­ чего канала печи.

Скорость движения конвейерной ленты допускает регулировку в широком диапазоне, для чего в конструкциях привода конвейера используют электродвигатели постоянного тока и бесступенчатые вариаторы.

Конвейерная печь, показанная на рис. 28, предназначена для процессов сплавления на германии и кремнии и состоит из металли­ ческого каркаса, термической камеры с рабочим каналом, газовых и водяных коммуникаций, конвейера с механизмом привода, пульта управления и электросилового блока с устройствами для автомати­ ческого регулирования температуры.

Каркас служит основанием установки. Обычно его изготовляют сварным (из стального профиля) в виде отдельных секций, что об­ легчает монтаж. Внутри каркаса расположены приводной и натяж­ ной механизмы конвейера, а также электросиловой блок, а снаружи он закрыт съемными декоративными панелями.

В термической камере находится часть рабочего канала уста­ новки, проволочные нагреватели и термоизолирующий материал. Сверху в камеру введены четыре термопары — датчики системы автоматического регулирования температуры.

Рабочий канал установки — труба прямоугольного сечения, из­ готовленная из жаропрочной стали. Концы трубы несколько изог­ нуты, что позволяет создавать азотную завесу. На этих участках имеются смотровые окна и насадки для выхода водорода. Рабочий канал заканчивается холодильником с проточной водой, служащим для снижения температуры изделий при выходе из печи.

Газовая система установки, питаемая очищенными и осушенны­ ми водородом и азотом, состоит из вентилей, ротаметров, маномет­ ров и соединительных трубопроводов.

Перед запуском установку продувают азотом, чтобы удалить воздух из рабочих каналов, так как смесь водорода с воздухом при содержании водорода от 4 до 75% образует чрезвычайно взрыво­ опасный гремучий газ. После того как воздух будет полностью вы­ теснен из системы, подают водород, поджигая его на выходе из насадок. Азотной продувкой заканчивают также работу на установ­ ке (для удаления водорода). Подавая в систему азот, постепенно прикрывают водород до исчезновения пламени на выходе из наса­ док.

Водяная система установки предназначена для питания холо­ дильника, а также охлаждения некоторых приборов системы авто­ матического регулирования температуры.

49

эХ

УX

о

\о

га

Си

gE

S Я

р,>>

s «

СиО)с

н

« ев 5

Жй«3 С>§.§*

к° о

«га «•--

о н

<uX Xа>

о 2 S

а i «и

«

со а>

X ' >X

гаXXо

е( .

1

Г Л А В А Ч Е Т В Е Р Т А Я

ТЕРМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНЫХ ПЕРЕХОДОВ ДИФФУЗИЕЙ ПРИМЕСЕЙ

§ 20. Сведения о диффузионном процессе

Диффузия—это «процесс проникновения атомов одного веще­ ства между атомами другого. Процессы диффузии «подчиняются двум законам Фика. Первый закон Фика устанавливает линейное соотношение между удельной величиной потока диффундирующих атомов и градиентом их концентрации. Чтобы диффузия протека­ ла, необходим перепад концентраций. Второй закон Фика связы­ вает градиент концентрации с изменением концентрации диффун­ дирующего вещества во времени. Оба закона описываются диффе­ ренциальными уравнениями высшей математики, решая которые, можно определить:

коэффициент диффузии, характеризующий число атомов, прохо­ дящих в единицу времени через единицу площади поверхности при единичном градиенте концентрации;

поток атомов через данную поверхность; количество вещества, продиффундировавшего за определенное

время.

При производстве полупроводниковых приборов диффузию ис­ пользуют для введения в полупроводник тех или иных примесей и проводят при постоянной температуре и постоянной поверхностной концентрации примеси, регулируя процесс во времени.

Если при введении примеси образуются носители заряда, знак которых противоположен типу проводимости исходного полупро­ водника (например, дырки в «-германии), в полупроводнике обра­ зуется электронно-дырочный переход, который располагается в плоскости, где концентрации примесей обоих типов будут равны.

Параметры диффузионных приборов в значительной мере опре­ деляются глубиной залегания электронно-дырочных переходов, ко­ торая, в свою очередь, зависит от времени и температуры диффузии. Задаваясь необходимой глубиной залегания и зная коэффициент диффузии и поверхностную концентрацию примеси, можно найти режим диффузионного процесса расчетным путем. Зависимость глу­ бины залегания перехода от времени (при постоянной температуре диффузии) можно найти также экспериментально.

Рассмотрим особенности конструкции двух кристаллов с диффу­ зионными р—«-переходами: германиевого высокочастотного пла­ нарного транзистора ГТ311 (рис. 30, а) и кремниевого высокочас­ тотного планарного транзистора КТ312 (рис. 30, б).

В транзисторе ГТ311 коллекторной областью кристалла являет­ ся германий марки ГЭС 0,027 Шв электронного типа проводимости. Базовую область (с дырочным типом проводимости) создают диф­ фузией галлия, а эмиттерную — диффузией мышьяка. Таким обра-

52