площади), которое остается постоянным в процессе диффузии Подставляя (4-146) в (4-153) и выполняя интегрирование, получаем:

тогда изображен{1е (4-146) принимает вид:

N{x; s) = Nye-. (4-154)

Оригиналом этого изображения будет функция Гаусса:

N(x; 0=--e-V4w, (4.155)

которая проиллюстрирована на рис. 4-49,6.

Начальная производная функции (4-155) равна нулю. Следовательно, глубину диффузии нельзя определить по аналогии с (4-152). Поэтому определим глубину диффузии иначе, в более общем виде. А именно, найдем координату Хт, при которой производная N(Xm) максимальна, и будем считать глубиной диффузии сумму отрезков х и N{Xm)/\{N{x ,)\ (см. рис. 4-49,6). При таком определении

L]v=2V2VDi2,82VDi. (4-156)

Форма полученного выражения совпадает с формой (4-152) а различие оказывается чисто количественным и не очень существенным.

Скорость распространения примеси в процессе диффузии можно оценить, дифференцируя (4-152) или (4-156) по t. В обоих случаях получается примерно одинаковый результат:

Y~. (4-157)

Как видим, скорость распространения примеси убывает с течением времени, т. е. диффузия примеси идет наиболее интенсивно в начальном интервале.

При заданной (желательной) глубине диффузии соответствующее время процесса оценивается из формул (4-152) и (4-156):

(4-158)

Практически величина обеспечивается путем предварительной диффузии ( загонки ) примеси на небольшую глубину из неограниченного внешнего источника, после чего источник отключается и следует автономная разгонка накопленных атомов. Поэтому величину N можно оценить с помощью

распределения (4-149). Она оказывается равной {2lYn) NaYDtx, tru /i - время загонки .

Например, если Lr = 2 мкм и D = 10 cmVc, то ?дйф = 1000 с. Такое время считается приемлемым .

Основные технологические циклы. Технология полупроводниковых приборов быстро прогрессирует. Еще 15-17 лет назад господствовала сплавная технология. Затем появились диффузионно-сплавная и близкая к ней жезстехнология. В конце 50-х годов была предложена планарная технология, которая в сочетании с эпитак-сиальной технологией, разработанной около 15 лет назад, стала и остается основой производства кремниевых приборов и интегральных схем. Таким образом, в настоящее время имеется несколько различных технологических циклов, сочетающих те или иные процессы и методы.

Следует подчеркнуть, что современные диоды и транзисторы весьма редко изготовляются в индивидуальном порядке, как это было Б эпоху сплавной технологии. Основой современного производства полупроводниковых приборов является групповой метод изготовления, при котором на пластине в едином технологическом цикле создается сразу большое количество (200-300 и более) однотипных структур, а затем уже пластина разрезается на отдельные кристаллы и осуществляются посадка на ножку , присоединение выводов и заключение каждого кристалла в корпус. Групповой метод дает не только экономические преимущества, но обеспечивает и улучшение технических параметров приборов, поскольку удается существенно уменьшить разброс параметров, размеры структур и т. д.

Одним из важных следствий внедрения группового метода явилось развитие техники масок . Назначение маски - защитить основную поверхность пластины и обеспечить проникновение примеси, тра-Бителя и других веществ только в определенные участки пластины, где расположены будущие структуры или их элементы. Для этого в маске делаются отверстия ( окна ) той или иной формы в количестве, соответствующем намеченному числу структур. В случае кремния роль маски с успехом играет слой его двуокиси, специально выращиваемый на поверхности (термическое окисление в атмосфере кислорода или паров воды). Окна в слое SiOg осуществляются методом фотолитографии (см. ниже). Окисный слой германия получить трудно, к тому же он оказывается весьма нестойким и непрочным. Поэтому в случае германия приходится специально наносить на поверхность защитный слой другого вещества (обычно того же SiOa).

Одиночные маски используются редко. Чаще приходится иметь дело с комплектом масок, каждая из которых имеет свой

Обычно выбирают такую температуру диффузии, которая обеспечивает Ремя процесса не менее 10-20 мин. В этом случае можно получить заданную °;Щину диффузионного слоя с высокой точностью, поскольку прекращение на-Рева с погрешностью, составляющей несколько, даже десятки секунд, оказыва-ся малосущественньа).

В зависимости от назначения и способа изготовления маски называют РЩаретами, шаблонами, фотоиюблонами.

рисунок отверстий. Например, через 1-ю маску осуществляется диффузия базовых слоев р-типа, через 2-ю маску - диффузия эмиттерных слоев п-типа и т. п. Естественно, что отверстия в разных масках должны быть весьма точно согласованы, а при наложении очередной маски должно быть обеспечено совмещение ее отверстий с рисунком, полученным в результате предыдущего процесса.

Сплавная технология. Рассмотрим сплавной метод на примере германиевого диода, у которого эмиттером является слой р-типа (рис. 4-50). В этом случае за основу берется пластинка германия и-типа. На нее накладывают таблетку из акцепторного материала, обычно индия. После этого пластинку с таблеткой помещают в вакуумную или водородную печь и нагревают до такой температуры, при которой таблетка и прилегающий к ней слой пластинки расплавляются и образуют сплав определенного состава. Для комбинации германий - индий температура

Сплав In&e

Переход

(эмиттер/

Пластинка Ge

а) е)

Рис. 4-50. Этапы изготовления сплавного диода.

- исходные компоненты: б - процесс сплавления; е - результирующая структура

диода.

нагрева составляет 450-55С°С. Через несколько минут вьщержки нагрев выключают, и сплав начинает застывать. При этом на дне капли образуется тонкий рекристаллизованкый слой германия р-типа, а остальная часть застывшей капли состоит из почти чистого индия, который образует с р-слоем омический контакт. К этому контакту припаивают внешний вывод, обычно в виде никелевой проволочки. На нижнюю грань пластинки наносят слой олова (которое дает омический контакт с германием и-типа) и к этому слою припаивают второй внешний вывод.

Четкая граница, образующаяся между жидким раствором InGe и исходной пластинкой в период нагрева сохраняется после затвердевания. Поэтому сплавной метод обеспечивает получение ступенчатых р-п переходов. Удель-Foe сопротивление рекристаллизованного слоя оказывается очень малым (примерно 0,001-0,01 Ом см), и он играет роль эмиттера по отношению к гораздо более высокоомной исходной пластинке - базе.

При изготовлении сплавных транзисторов таблетку акцепторного материала накладывают на обе поверхности и-пластинки (с помощью специальной кассеты). Размер коллекторной таблетки несколько больше, чем эмиттерной. В результате после термической обработки получается структура, показанная на рис. 4-3.

Мезатехнология. Название этого технологического метода связано со специфической формой диодных или транзисторных структур, которая получается на одном из последних этапов групповой обработки пластины перед ее разрезанием на отдельные приборы.

* Четкость границы обусловлена сравнительно низкой температурой расплава InGe, при которой диффузии индия в смежный слой и-германия практически не происходит (из-за малого значения D, см. сноску на с. 258).