В процессе изготовления приборов операции фотолитографии многократно повторяют (до 10-12 раз в сложных ИМС). При этом на каждом этапе изображение используемого фотошаблона должно с высокой точностью совмещаться с рисунком на подложке, полученным на предыдущих операциях фотолитографии. Таким образом, создается геометрия планарного прибора, его активных областей, контактов, соединений и т. д.

Для проведения фотолитографии используют механическое, оптико-механическое и химическое оборудование, к которому предъявляют повышенные требования.

Диффузия примеси.

Целью проведения диффузии является внедрение атомов легирующего элемента в кристаллическую решетку полупроводника для образования р-n-перехода на глубине Xпер. В этом случае концентрация введенной примеси оказывается рав ной концентрации исходной примеси Nисх в полупроводнике. Раз меры диффузионной области в плане определяются размерами окна в слое диэлектрика, так как скорость диффузии примеси в SiO2 и Si3N4 на несколько порядков ниже, чем в полупроводнике.

Различные способы диффузионного легирования различаются фазовым состоянием легирующей примеси (газообразное, жидкое, твердое), подводом примеси к подложке и конструкцией установок. В большинстве случаев диффузию проводят в окислительной атмосфере. Температура диффузионного легирования кремния 1050- 1200°С.

Диффузия в полупроводник в большинстве случаев происходит за счет перемещения диффундирующих частиц, по вакантным узлам кристаллической решетки. Кроме этого, возможны прямой обмен атомов местами в узлах кристаллической решетки и перемещение атомов по междоузлиям.

В качестве легирующих примесей выбирают элементы, имеющие достаточно высокую скорость диффузии и хорошую растворимость в полупроводнике при температуре диффузии. Для кремния в каче стве диффузантов чаще всего используют элементы III и V групп таблицы Д. И. Менделеева. Основной донорной примесью является фосфор, который по сравнению с часто применяемыми сурьмой и мышьяком имеет более высокую скорость диффузии в кремний.

В качестве акцепторных примесей используют алюминий, галлий, индий и бор. Бор применяют наиболее часто, поскольку он обладает наиболее высокой предельной растворимостью.

Одним из эффективных способов создания р-n-переводов является ионное легирование. Ионы легирующего вещества, обладающие высокой энергией, направляются на поверхность полупроводника и внедряются в его кристаллическую решетку. При этом ионы вызывают каскад смещений атомов полупроводника, приводя к образованию аморфизированных областей, в которых кристаллическая структура решетки нарушена.

Для получения высокой концентрации активных примесей (помещения их в узлы кристаллической решетки) и восстановления кристаллической структуры полупроводника после ионного легирования требуемся отжиг, который проводят при 400-700°С. Внедренные и смещенные атомы при этих температурах приобретают подвижность, достаточную для перехода в вакантные узлы и упорядочения структуры.

Процесс ионного внедрения характеризуется энергией ионов, плотностью тока ионного пучка, дозой облучения. Изменяя пара метры ионного пучка, можно управлять профилем распределения концентрации внедренных ионов и с высокой точностью изменять концентрацию примесей в полупроводнике.

Эпитаксия.

Это технологический процесс выращивания тонких монокристаллических слоев полупроводника на монокристалличеcкиx подложках. Материал подложки в процессе выращивания играет роль затравочного кристалла, а получаемая пленка является продолжением ее структуры. Характерной особенностью эпитаксии является возможность формирования слоев с заданными электро-физическими свойствами и геометрическими размерами. Так, если в процессе эпитаксиального выращивания наряду с атомами полупроводника в росте пленки участвуют и атомы легирующего элементa, то на границе раздела пленка - подложка можно получить p-n-переход или изотопные переходы n + -n и р + -р. Таким образом, в тонких слоях (2-10 мкм) эпитаксиально-планарных структур создаются элементы ИМС, а подложка толщиной 500 мкм яв ляется несущей конструкцией.

При создании приборов диффузионным легированием число диффузионных процессов может быть ограниченно. Так, при проведении трех диффузионных процессов трудно получить нужную концентрацию примеси в нижнем слое, в особенности если он должен иметь высокое удельное сопротивление, т. е. низкую концентрацию носителей.

Гораздо легче получать слои с требуемым распределением примесей, если они вводятся в процессе выращивания эпитаксиальных пленок. Равномерное распределение примесей, которое неосуществимо в диффузионных слоях, легко достигается при эпитаксии. При совместном использовании эпитаксии и диффузии улучшаются эксплуатационные характеристики полупроводниковых приборов.

Процесс эпитаксиального наращивания слоев полупроводника заключается в осаждении его атомов на подложку, в результате чего на ней вырастает слой, кристаллическая структура которого подобна структуре подложки. Эпитаксиальный слой обладает теми же структурными дефектами, что и подложка, поэтому для получения надежных полупроводниковых приборов первостепенное значение имеют чистота и структурное совершенство материала подложек.

Наибольшее распространение в производстве полупроводниковых приборов получили способы газофазной и жидкофазной эпитаксии. Способ газофазной эпитаксии, являющийся наиболее простым в условиях серийного и массового производства, используется для формирования тонких слоев кремния и сложных полупроводникор типа АIIIВV, а жидкофазной -в основном для получения этатакси- альных слоев арсенида галлия и гетероструктур на его основе (нап ример, GaAs-GaAlAs).

При формировании кремниевых эпитаксиальных пленок спосо бом газофазной эпитаксии используют реакции восстановления тетрахлорида (SiCl4) или трихлорсилана (SiHCl3) над кремниевыми подложками. Парогазовая смесь соответствующего состава прохо дит над нагретой до определенной температуры подложкой, осаждаясь на ней в виде монокристаллического слоя. Обычно такие процессы осуществляют в кварцевых реакторах. При восстановле нии тетрахлорида в качестве газа-носителя используют водород. При этом происходит следующая реакция:

SiCI4+2H2 4HCI+Si

Для качественного проведения процесса осаждения температура подложек должна быть 1100-1300°С. При получении эпитаксиальных слоев с заданными свойствами в состав парогазовоя смеси вводят легирующую добавку.

При формировании эпитаксиальных пленок арсенида галлия способом жидкофазной эпитаксии сначала получают расплав полу проводникового материала с соответствующими легирующими добавками, а затем подложку подводят к поверхности раствора-расплава. После установления теплового равновесия между ними их охлаждают по соответствующему закону для эпитаксиального осаждения пленки на подложку.

Металлизация полупроводниковых структур.

Этот способ ис пользуется для формирования межсоединений в ИМС, создания контактных площадок и состоит из двух этапов - металлизации и фотолитографии по металлической пленке. Нанесение металлизации в планарной технологии осуществляется либо термическим испарением, либо катодным распылением.