7. Методы эпитаксиального выращивания

Для создания планарной структуры на поверхности эпитаксиальной пленки кремния выращивают тонкую пленку оксида кремния толщиной 0,1 —1,0 мкм. На пленку наносят светочувствительный лак — фоторезист; на него экспонируют изображения элементов микросхем, которые необходимо изготовить. Эти участки фоторезиста и лежащий под ними оксид растворяются. При проведении диффузии оставшаяся пленка оксида является защитной маской, задающей размеры и конфигурацию областей каждого прибора микросхемы. Диффузия примесей распространяется под маску, и границы р — п-переходов не выходят на поверхность пластины из-под слоя оксида. Структура, все переходы которой расположены в одной плоскости, и называется планарной. Для большинства типов микросхем описанный набор технологических операций повторяется 5—10 раз; в результате на исходной эпитаксиальной структуре формируются 200—300 интегральных микросхем, содержащих транзисторы, диоды, резисторы и другие элементы, соединенные между собой токоподводящими дорожками. Такие дорожки получают, как правило, нанесением металлических пленок в вакууме. После изготовления проверяют способность каждого отдельного кристалла на пластине выполнять заданные функции. Затем пластины разделяют на кристаллы, и годные поступают на сборку. Готовые микросхемы, помещенные в корпуса, после испытаний на надежность и соответствие заданным требованиям направляют заказчикам. Познакомимся подробнее с технологическими процессами создания микросхем на различных участках завода.

Очищенные от загрязнений пластины направляют в цех эпитаксиального наращивания. Эпитаксия- это ориентированное наращивание одного вещества на другом. Растущий слой полностью повторяет кристаллическую структуру подложки, т. е. пластины, на которую он наращивается. Эпитаксиальный рост возможен только в том случае, если материалы пленки и подложки по кристаллографическим параметрам практически не различаются. Наиболее успешно эпитаксиальное наращивание будет проходить при одинаковом материале пленки и подложки (на пример, наращивание слоя кремния на кремниевой подложке). Смысл этой операции заключается в том, что в растущий слой можно вводить нужные примеси, например бор или фосфор, в то время как в подложке такие примеси отсутствуют, или, наоборот, выращивать слой без примесей на подложке, где они имеются. Толщины наращиваемых слоев лежат, как правило, в пределах 1 —10 мкм. Наращивание одних и тех же материалов называют еще автоэпитаксией, а слои, например кремния на кремнии, автоэпитаксиальными. В противном случае структуры и слои называют гетеро эпитаксиальными (например, кремний на сапфире).

При рассматриваемом нами способе эпитаксиального наращивания легирующие примеси (полезные добавки) получают двумя способами: в объем вводят либо пары жидких веществ, содержащих необходимые примеси, либо газы. В первом случае используют галогениды бора и фосфора, во втором — фосфин, арсин и другие газы. Совершенство получаемых структур во многом зависит от мастерства операторов по наращиванию эпитаксиальных слоев. Они должны уметь управлять сложным оборудованием, правильно регулировать поступление газов-реагентов в объем, где проходит реакция разложения соединений, своевременно чистить оборудование. Некачественная работа оператора на любом этапе приведет к недопустимым дефектам кристаллической структуры слоя. К сожалению, многие материалы, которые используются в цехах эпитаксиального наращивания, взрыво- и пожароопасны. Особенно это относится к различным газам, в частности к фосфину, арсину и др. Поэтому операторы по наращиванию эпитаксиальных слоев должны хорошо знать свойства используемых материалов, быть внимательными и осторожными, соблюдать правила безопасности труда.