2.Методы введения примесей

Легирующие примеси вводят в кремний двумя методами. Для сильного легирования или в тех случаях, когда точное регулирование количества вводимой примеси необязательно, обычно пользуются методом диффузии. Диффузию фосфора или бора выполняют, как правило, в атмосфере легирующей примеси при температурах между 1000 и 1150° С в течение от получаса до нескольких часов. При ионной имплантации кремний бомбардируют высокоскоростными ионами легирующей примеси. Количество имплантируемой примеси можно регулировать с точностью до нескольких процентов; точность в ряде случаев важна, поскольку коэффициент усиления транзистора зависит от числа примесных атомов, имплантированных на 1 см2 базы (см. ниже).

ВВЕДЕНИЕ ПРИМЕСЕЙ В КРЕМНИЙ методом диффузии - основа производства ИС. Для получения области коллектора с проводимостью n-типа добавляют фосфор, затем для создания области базы с проводимостью p-типа - бор и, наконец, снова фосфор для создания области эмиттера с проводимостью n-типа. 1 - контакт коллектора; 2 - контакт базы; 3 - контакт эмиттера; 4 - эмиттер (-); 5 - база (+); 6 - коллектор (-); 7 - защитный слой двуокиси кремния.

3. Методы окисления

Получение на кремнии прочного слоя оксида кремния и введение примеси в поверхностные слои производится на участках термической обработки. Как правило, такие участки оснащаются специальными печами — устройствами, позволяющими проводить обработку пластин кремния при температуре 500—1200° С в заданной атмосфере. Окисление пластин происходит следующим образом. Подготовленные пластины устанавливают в кварцевые устройства — лодочки 5 (рис.), помещают в реактор 2 печи и устанавливают заданную температуру. Для выращивания слоя в рабочую камеру -кварцевую трубу — подают либо чистый кислород 7, либо пары воды 1. Кислород, внедряясь в пластину, соединяется с кремнием, образуя слой оксида. В парах воды растут более рыхлые слои оксида, но скорость их роста во много раз выше, чем в сухом кислороде. Как правило, используют комбинированные режимы: сухой кислород - влажный кислород или пары воды — сухой кислород. При температурах 900—1100° С удается вырастить слой толщиной 0,05—0,8 мкм. Поскольку растущий слой оказывается преградой для поступления новых атомов кислорода в объем пластины, скорость роста слоя со временем уменьшается. Скорости роста и толщину слоя можно увеличить при окислении в условиях повышенного давления. Нужно отметить, что возможность получить плотный химически инертный оксид сделала сегодня кремний основным материалом полупроводниковой микроэлектроники. Другие полупроводниковые материалы, например германий, не имеют оксидов с такими свойствами.

4. Методы очистки и переплавки полупроводниковых материалов

Полупроводниковая техника требует применения особо чистых материалов. Примеси изменяют свойства полупроводников. Поэтому в зависимости от назначения материалов количество примесей в них ограничивают. Легирующие добавки, вводимые в полупроводники для придания им определённых свойств, также должны быть чисты от примесей.

В современной технике пользуются рядом способов получения материалов высокой чистоты. Таковы йодидный метод, применяемый для очистки некоторых металлов, и метод зонной плавки; оба они описаны в разделе производства титана. Кроме этих методов, для очистки полупроводниковых материалов применяют некоторые виды их переплавки.

Простейшей является открытая переплавка в тигле, устанавливаемом в электрической печи. Во время переплавки порошкообразного материала из него удаляются влага, газы и окислы (последние всплывают вверх). Некоторые окислы затвердевают на поверхности расплава, который можно слить, пробиванием отверстия в корке окислов.

Более полной является очистка, производимая при переплавке в вакууме. Материал, подлежащий очистке, загружают в кварцевую ампулу, которую помещают в электрическую печь. Открытый конец ампулы соединяют с вакуумной установкой и откачивают выделяющиеся во время расплавления материала газы и летучие соединения. Откачка длится от нескольких минут до нескольких часов в зависимости от времени плавки.

Высокую степень чистоты полупроводниковых материалов получают возгонкой или сублимацией. Этот метод основан на способности некоторых твёрдых веществ переходить в парообразное состояние, минуя жидкую фазу, а затем в обратном порядке переходить из парообразного в твёрдое состояние, образуя твёрдый продукт - сублимат. Такими свойствами обладают некоторые полупроводники. Возможность возгонки определяется упругостью паров примесей или чистого вещества при данной температуре. Полупроводниковые материалы обладают довольно высокой упругостью паров, что даёт возможность производить возгонку при относительно низких температурах и небольшом вакууме. Сублимат осаждается на стенках вертикально установленного конденсатора, причём наиболее летучие примеси оседают в верхней зоне, наименее летучие - внизу, а труднолетучие остаются в остатке. В результате повторной возгонки получают более чистый продукт.

Различные методы очистки полупроводников дают возможность получать продукт требуемой чистоты. Так, например, зонной плавкой загрязнённого германия удаётся снизить число атомов примеси в нём до одного на 10 атомов германия.