Физико-термические процессы. 
Основы автоматизации технологических процессов

Базу и эмиттер транзистора, а также диффузионные сопротивления получают путем дозированного введения примесей в кремний.

Операции литографии определяют размеры и конфигурацию областей — окон на поверхности маскирующего слоя оксида кремния, а формирование объема с необходимым типом проводимости осуществляется с помощью термической диффузии или ионной имплантации. Эти операции должны обеспечивать строгое соблюдение количества и распределения примесей в материале подложки (пластины). Последнее требование обычно связано с глубиной залегания примесей и областью распространения примесей за пределы окна.

Поскольку объективный контроль процесса внедрения примеси невозможен, особое внимание при разработке оборудования и систем управления уделяется обеспечению оптимальных технологических режимов. Выборочный контроль результатов процесса позволяет определять его эффективность путем оценки выхода работоспособных изделий.

Термическая диффузия.

Существуют многочисленные методы термической диффузии, из которых наиболее распространенными являются метод «запаянной ампулы», диффузия в вакууме, метод «открытой трубы». Общими для всех методов являются: создание источника примеси на полупроводнике или вблизи его поверхности; нагрев полупроводника до температур, обеспечивающих приемлемую для производства скорость диффузии; прекращение процесса, когда по расчетам границы легированной области соответствуют заданным.

При изготовлении биполярных и МДП-схсм наибольшее распространение получил в настоящее время метод «открытой трубы». Диффузия при этом выполняется в две стадии. На первой («загонке») диффузант переносится инертным газом к пластинам и насыщает через открытые окна поверхностный слой. Концентрация примесей обычно определяется предельной растворимостью примеси (бора или фосфора) в кремнии. Вторая стадия («разгонка») проводится с целью получения заданного профиля залегания примеси в полупроводнике. На этой стадии под действием температуры диффузия происходит в глубине материала. Для выравнивания концентрации наружный слой обедняют путем выращивания оксида на поверхности, в который переходит часть примеси.

Ионная имплантация.

Метод ионной имплантации обеспечивает непосредственное внедрение атомов примеси в кристаллическую решетку в месте падения луча, содержащего ионы диффузанта. Это позволяет строить технологический процесс без многократного окисления, т. е. уменьшает число операций, проводимых при высокой температуре. Дозирование энергии частиц в луче позволяет получать области субмикронных размеров с заданной проводимостью.

Границы областей определяются в этом случае соударениями ионов луча с атомами кристаллической решетки и формой луча.

Недостатком метода являются радиационные повреждения решетки. Для их уменьшения необходимо строгое соблюдение дозировки энергии частиц в луче, что трудно обеспечить из-за стохастических свойств распределения энергии частиц по сечению луча.