1. Диффузия. 2. Элионики. 3. Эпитаксия.
В технологии ИМС для получения легированных слоев различного типа проводимости используется высокотемпературная диффузия примесей в ПП подложку. Для получения диффузионных p-n переходов применяется ряд методов:
1. Диффузия в кварцевой ампуле 4. Диффузия из расплава
2. Диффузия на воздухе 5. Диффузия в частично герметизированном объеме
3. Диффузия из стекловидных слоев 6. Диффузия в токе газа
Диффузия в кварцевой ампуле заключается в том, что туда помещают свежепротравленные пластины, небольшое количество примесного элемента и инертный газ. Ампулу запаивают и помещают в печь, где примеси превращаются в газообразное состояние. Получаем полупроводниковый переход на заданной глубине, но в этом случае нельзя температуру повышать выше 1300 °C, иначе происходит расплавление ампулы.
Диффузия на воздухе - диффузия с последующей разгонкой. Заключается в том, что после ампулы пластину погружают в печь и дальнейшая диффузия происходит на воздухе. В этом случае полупроводниковый переход образуется на большой глубине, что увеличивает пробойное напряжение.
Диффузия из расплава заключается в том, что на поверхности создается расплав. Метод используется для диффузирования Al в Si. При этом Al напыляют в вакууме на горячую пластину кремния. Пленка Al расплавляется, в ней растворяется часть Si. После охлаждения на поверхности образуется рекристаллизированный слой, содержащий большое количество атомов Al. Пластины кремния помещаются в печь с температурой порядка 1300 ?C и Al диффузирует, образуя p-n-переход.
Диффузия в токе газа. Берется кварцевая труба. В нее помещают ПП пластину, во вторую строну источник диффузии. В этой ампуле создаются две температурные зоны T1 и T2 (T2 ?? T1). Пропускается инертный газ, который переносит в места окон примеси с произвольным типом проводимости. Для того чтобы ускорить процесс формирования ПП перехода в технологии используется метод Элионики (ионного легирования).
Элионика. Ионы примесей, получаемые из специальных источников, ускоряются и фокусируются в электрическом поле, попадают на подложку пластины, бомбардируя ее, и внедряются в поверхностный слой проводника. При внедрении в кристаллическую решетку ионы теряют свою энергию, сталкиваясь с атомами, в результате чего образуется большое количество точечных дефектов решетки. В общем случае при ионном внедрении атомы примеси занимают определенное положение в решетке. Для упорядочивания структуры подложку подвергают отжигу 650-700 ?C, создаются p-n переходы. Исходными материалами, которые используются для легирования кремния, являются бор, фосфор.
Для получения равномерного распределения и получения равномерной ПП структуры применяют метод эпитаксии.
Эпитаксией называется ориентированный рост слоев, кристаллическая структура которых повторяет кристаллическую структуру подложки. Практическое значение имеет случай, когда легированная эпитаксиальная пленка выращивается на пластине, т.е. когда вместе с атомами кремния в росте кристалла участвуют и атомы легированного элемента. При размытых типах примесей в пластине и выращенной пленки на границе их раздела образуется ПП переход. Толщина эпитаксиального слоя 2–10 мкм.
При сборке ПП ИМС используют контактные узлы с разными выводами из различных материалов. Это могут быть проволочные выводы и золота диаметром 25 – 50 мкм, медные 50 – 100 и алюминиевые 5 – 100.
Кроме проволочных выводов применяются также балочные и шариковые выводы из тех же материалов.
В эпитаксиально-планарных структурах эпитаксиальный слой (2-10 мкм) содержит элементы ИМС, а подложка толщиной 500 мкм выполняет конструкционную роль. В отличие от диффузионного и ионного внедрения, при которых p-n переход образуется в результате перекомпенсаций влияния исходной примеси и образования области с более высокой концентрацией примеси, эпитаксия дает возможность получать слои в широком диапазоне удельных сопротивлений, не зависящих от сопротивления пластины.
