Получение.

Получение полупроводникового материала обычно состоит из двух различных технологических процессов: традиционной химической технологии и специальной технологии сверхчистых веществ. Химическая технология заключается в получении полупроводниковых веществ из рудных минералов или путем синтеза и доведении их до химической чистоты. Технология получения сверхчистых веществ, как правило, использует кристаллофизические методы - метод зонной плавки или метод выращивания монокристаллов из расплава. Эти методы очистки основаны на различной растворимости примесей в кристалле и в расплаве. В методе зонной плавки узкая расплавленная зона перемещается вдоль слитка. В зависимости от растворимости примесь концентрируется либо в начале, либо в конце слитка.

После очистки методом зонной плавки слиток обычно используется для выращивания монокристаллов методом вертикального вытягивания из расплава затравки кристаллизации - определенным образом ориентированного кристалла полупроводника, Этот метод позволяет вводить в полупроводник необходимое количество примесей.

Производство управляющих микроприборов основано на широком круге физико-химических явлений и процессов. Сюда входят процессы окисления, диффузии, ионного легирования, ионноплазменного распыления, термического испарения, конденсации, фазовых превращений в твердом теле, эпитаксии и образования тонких и толстых пленок на подложках, фотолитографии и др. Рассмотрим те из них, которые наиболее важны и часто используются в промышленности.

Диффузия. Диффузия самопроизвольный процесс проникновения разнородных частичек в твердую, жидкую или газообразную фазу, вызванный тепловым движением этих частиц. Диффузия в твердых телах может происходить путем внедрения диффундирующего атома в междоузлия (твердые растворы внедрения), на место вакансии в узле кристаллической решетки (твердые растворы замещения) или по протяженным дефектам - порам, трещинам, дислокациям. Диффузия является наиболее распространенным методом создания р-n-переходов. При повышении температуры скорость диффузии резко возрастает. Одновременно возрастают скорости окислительных процессов. Например, в случае кремния это может привести к образованию примесных пленок силикатного стекла, что повлияет на диффузию примесей в кремний. Многие примеси хорошо диффундируют в кремний и плохо в диоксид кремния.

Окисление.Создание оксидных слоев является неотъемлемой частью технологии производства полупроводниковых приборов. Оксидные пленки используются для создания масок при диффузии примесей в полупроводник; в целях защиты поверхности от влияния окружающей среды; для диэлектрической изоляции элементов друг от друга; в качестве изолятора, на котором создан металлический узор коммутации, для равномерного введения примесных атомов из оксидной пленки в полупроводник на заданную глубину.

Известно много способов получения оксидных пленок: термическое или анодное окисление; испарение и последующая конденсация оксидов в вакууме; катодное, ионноплазменное и реактивное распыление; пиролитическое разложение элементоорганических (кремнийорганических) соединений, наплавление высокодисперсных порошков легкоплавких стекол и т.п. Оксидные пленки используются к как активные элементы полупроводниковых приборов типа МОП-транзисторов (МОП – металл-оксид-полупроводник).

Ионное легирование.Внедрение в материал необходимых примесей с помощью ионов, ускоренных электрическим полем, обладает рядом существенных преимуществ по сравнение с традиционными процессами диффузии. Так как ионы ускорены электрическим полем ускорителя и имеют большую энергию, то при столкновении с атомами полупроводника они меняют их положение, образуя большое количество дефектов (вакансий). Большое число вакансий обеспечивает высокий коэффициент диффузии примесей и образование твердых растворов замещения.

Эпитаксия.В последнее время широко применяется метод эпитаксиального наращивания полупроводниковых материалов на различных подложках. Таким образом, получают многослойные структуры, причем толщина слоев контролируется в очень узких пределах. Различают жидкофазную эпитаксию и эпитаксию из газовой фазы. Эпитаксия во многом аналогична кристаллизации из раствора на затравках. Отличие заключается в том, что при эпитаксии кристаллизация протекает на подложке, обеспечивающей плоский фронт роста, в результате чего получают тонкие кристаллы пленки. Эпитаксиальная технология позволила создавать полупроводниковые приборы с большим числом переходов, отличающихся не только типом проводимости, но и химической природой полупроводника. Такие р-n-переходы называют гетеропереходами. Эпитаксиальная технология позволяет не только получать монокристаллическую пленку одного полупроводника, но и легировать пленку непосредственно в процессе их роста.