книги / Оборудование для производства полупроводниковых диодов и триодов

ВВЕДЕНИЕ

В-1. РАЗВИТИЕ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ

Развитие полупроводниковой техники привело к созданию новой отрасли промышленности, обеспечи­ вающей выпуск широкой номенклатуры полупроводни­ ковых приборов. Разработка и промышленное произ­ водство этих приборов потребовали создания большого количества новых технологических процессов и прие­ мов. Были разработаны методы получения р-л-перехо- дов в слитках, а затем и сплавлением, что позволило организовать производство тянутых и сплавных герма­ ниевых транзисторов. Особое значение для развития технологии кремниевых полупроводниковых приборов имели методы бестигельнон зонной очистки слитков и диффузии примесей. Диффузионные методы оказались лучшими среди управляемых методов создания р-п-пе­ реходов. Разработаны и другие различные технологиче­ ские методы (мезатехнология, сплавление-диффузия, защита кремния окислом, особые методы обработки поверхности, планарная технология, эпитаксиальное на­ ращивание, методы фотолитографии и др.), которые легли в основу современной промышленной технологии производства полупроводниковых приборов.

Успехи в разработке и применении различных по­ лупроводниковых приборов, совершенствование техно­ логии их изготовления, создание интегральных полу­ проводниковых схем сделали возможным решение за­ дачи микроминиатюризации радиоэлектронной аппара­ туры на основе пленочной электроники. Следует отме­ тить, что основные технологические приемы производ­ ства приборов, в том числе получение тонких пленок, фотолитография, меза- и планарная технология явля­ ются общими как для дискретных приборов, так и ми­ кроэлектронных схем [Л. 22].

В-2. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ. ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИЙ ОСНОВНЫХ ТИПОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ д и о д о в И ТРИОДОВ

Понятие полупроводниковые приборы объединяет большую группу приборов, выполненных на основе твердого тела: диоды, транзисторы, фоточувствительные и преобразовательные приборы, полупроводнико­ вые излучатели и др.

Полупроводниковым диодом называется прибор, принцип действия которого основан на использовании свойств электронно-дырочного перехода или поверхно­

стного потенциального барьера кристалла полупровод­ ника. Диод имеет два внешних вывода.

Транзистором называется полупроводниковый при­ бор с электронно-дырочными переходами, предназна­ ченный для усиления или генерирования электрических сигналов. Транзисторы могут быть двух- и многопе­ реходными. Двухпереходный транзистор называется по­ лупроводниковым триодом. Он имеет три внешних вы­ вода.

В производстве диодов и триодов достигнут наи­ более высокий уровень механизации по сравнению с другими полупроводниковыми приборами, что обес­ печено широким использованием специального техноло­

ческих особенностей. Возможна классификация также по другим признакам: рабочей частоте, областям при­

Полупроводниковые диоды и триоды состоят из ряда элементов, общих по назначению для всех типов полупроводниковых приборов. Основным элементом полупроводникового прибора является кристалл круг­ лой или прямоугольной формы с образованными в нем р-л-переходами. Для защиты от внешних воздействий и улучшения теплоотвода кристалл помещают в корпус, конструктивные особенности которого определяются типом прибора. Корпуса маломощных диодов (обычно стеклянные различных размеров), корпуса мощных диодов и триодов (металлостеклянные) состоят из баллона и ножки. Приборы имеют внутренние и на­ ружные выводы для электрических соединений. Кри­ сталл припаивается или непосредственно к ножке или к кристаллодержателю.

Для защиты переходов от воздействий при сборке

силикагель или цеолит в виде таблетки или смеси ва­ зелин-цеолит для поглощения паров влаги, проникаю­ щих внутрь корпуса при хранении и эксплуатации при­ боров. Наружная поверхность корпуса покрывается эмалью или никелируется. После герметизации, окраски и проверки электрических параметров приборы марки­ руются, т. е. на корпус наносится клеймо, содержащее

Рнс. В-1. Классификация полупроводниковых приборов.

товарный знак, обозначение типа прибора и дату вы­ пуска.

Остановимся кратко на устройстве н конструктив­ ных особенностях основных типов полупроводниковых приборов.

Диоды. Наиболее массовые группы полупроводни­ ковых диодов — точечные и плоскостные (сплавные и диффузионные). В группу точечных приборов входят высокочастотные и сверхвысокочастотные диоды, им­ пульсные и преобразовательные диоды на основе гер­ мания и кремния. В группу плоскостных входят низ­ кочастотные выпрямительные и импульсные диоды на основе германия и кремния, кремниевые стабилитроны, варикапы на основе германия и арсенида галлия и туннельные диоды на основе германия, кремния и ар­ сенида галлия.

Точечные диоды получили широкое распростране­ ние благодаря технологической простоте их изготов­ ления и низкой стоимости.

На рис. В-2 схематически показаны типичные кон­ струкции точечных диодов. Диод состоит из кристалла

/ германия или кремния, припаянного к крнсталлодержателю 2, контактного электрода 3 в виде тонкой ме­ таллической заостренной иглы и баллона 4.

Корпус (баллон) диодов типов Д2 и ДЮ4 пред­

водниковый кристалл напаивается на достаточно мас­ сивный никелевый кристаллодержатель, который встав­ ляется в баллон и спаивается с коваровой втулкой низкотемпературным припоем. С противоположной сто­ роны в баллон впаивается другой аналогичный элек­ трод, несущий на себе контактную иглу. Внешние вы­

припоем непосредственно к торцу платинитового вывода, находящемуся внутри баллона. Иногда между кристал­ лом и торцом вывода для термосогласования поме­ щается очень тонкая коваровая прокладка. Второй

тактной, так и холодной сваркой. Иногда применяются

В-3. ТИПОВЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ И ТРИОДОВ. НАЗНАЧЕНИЕ ОСНОВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИИ

Технологические процессы производства полупро­ водниковых приборов включают большое число опера­ ций, которые осуществляются в различной последова­ тельности или могут неоднократно повторяться, обра­ зуя полный цикл изготовления (Л. 35]. Кроме основных процессов, применяется ряд вспомогательных, обеспе­ чивающих необходимые параметры технологических сред и энергоносителей (деионизованной воды, инерт­ ных газов, водорода, воздуха и др.), а также подготов­ ку исходных материалов.

Заготовительные процессы предназначены для по­ лучения металлических деталей, металлостеклянных спаев и электродных сплавов. Производство пластин и кристаллов включает в себя полный комплекс опера­ ций от ориентации слитков до получения пластин или кристаллов с заданными параметрами, необходимыми для выполнения последующих операций получения пе­

реходов. Процессы получения переходов включают опе­ рации собственно получения р-п-переходов различными методами, травление, защиту переходов и контроль их качества. Сборка приборов включает операции присо­ единения кристаллов с образованными в них перехода­ ми к кристаллодержателю или ножке, присоединения выводов к электродам перехода и выводам ножки, по­ мещения перехода в баллон, герметизации, нанесения внешнего покрытия на корпус, лужения выводов и мар­ кировки готовых приборов. Контрольно-измерительные и испытательные операции служат для контроля элек­ трических параметров приборов, проведения механиче­ ских, климатических и электрических испытаний.

Ниже приведены типовые технологические схемы производства полупроводниковых диодов и триодов (рис. В-6—В-12). Технологические схемы даны приме­ нительно к характерным представителям массовых ти­ пов приборов по всем основным технологическим груп­ пам. Так, на рис. В-7 дана технологическая схема про­ изводства точечных диодов на примере диода Д18, на рис. В-8 — сплавных диодов на примере диода Д226. Далее приведены технологические схемы производства

(рис. В-10), сплавно-диффузионных на примере триодов П401—П415 (рис. В -11) и планарно-эпитаксиальных на примере триода 2Т312А (рис. В-12).

Схема, приведенная на рис. В-12, является типич­ ной для производства новейших типов триодов, в том