Способ изготовления полупроводниковых элементов на основе кремния

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК О 9) 1 1 21/18 С 30 В 33/06, 29 Т И ических проводящих магкой механики ский и А,А.БуЬеттег роаег опсэ", 1985(54) СПОСОБ ИЗВОДНИКОВЫХ ЭКРЕМНИЯ ОВЛЕНИЯ ПО МЕНТОВ НА О В ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗСБРЕК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Отделение Физико-технблем транспорта на сверхпрнитах Института геотехничесАН УССР(72) В,А,Дзензерский, О.И.горяк156) Рте ваег Ъэоп ЬЦИосЫрэ. С.леп. СЬзгеэ 1, "Е 1 еь58, %51, 20 - 21,Изобретение относится к металлургии иможет быть использовано в технологических процессах формирования полупроводниковых кремниевых структур для нуждэлектроники и электротехники,Изобретением решается задача упрощения и ускорения процессов изготовленияполупроводниковых элементов на основекремния,Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором схематически изображено устройство для осуществления процессаизготовления элементов на основе кремния,Способ изготовления полупроводниковых элементов может быть осуществлен спомощью устройства, которое содержит неподвижный зажим 1, в котором закрепляютодин из кристаллов 2, подвижный зажим 3,(57) Использование: в металлургии полупроводников, Сущность изобретения: кристаллы п и р-типа приводят в контакт, прикладывают внешнее напряжение, затем один из кристаллов приводят во вращение, которое осуществляют до тех пор, пока в зоне контакта не образуется жидкая прослойка. После остановки вращения кристаллы остывают, в результате чего происходит их сращивание, после чего зону контакта определяют в виде пластины, Способ позволяет упростить процесс за счет исключения полировки, довольно сложной предварительной операции, а также значительно ускорить его (время сращивания составляет несколько минут). 1 н,з,п,ф-лы, 1 ил., 1 пр. в котором фиксируют другой кристалл 4, зажим 3 соединен с двигателем 5, который совместно с упомянутым зажимом может линейно перемещаться по направляющим Полупроводников ливают следующим обКристаллы кремни ми типами проводимо кремния), полученные Чохральского, срезаю кулярно направлению сохранилась естествен тем один из кристалл ким типом проводим помощью зажима 1, а зажима 3, После зтог тель 5 по направляю ые элементы изготавраэом.я с противоположнысти (и-кремния и рнапример, методом т с торцов перпендиих роста (так, чтобы ная ориентация). Заов (безразлично с каости) закрепляют с другой - с помощью о, перемещая двигащим 6, приводят кристаллы в контакт сопрягаемыми плоскостями, Внешнее давление на кристаллы создается в данном случае эа счет использования веса двигателя, В принципе величина давления может быть любой, но не достигать коитического значения, равного 9,47 кг/мм, После включения двигателя 5 взаимное скольжение сжатых плоскостей кристаллов происходит с выделением теплоты, образующейся за счет производства работы против сил трения. Скорость вращения подвижного кристалла не ограничивается конкретными значениями. Важным является только принцип, согласно которому чем больше скорость вращения, тем быстрее идет процесс сращивания. Когда температура стыка достигает точки плавления коемния ( .1467 С), между. кристаллами образуется прослойка из жидкого кремния. Момент ее образования сопровождается резким уменьшением силы трения между кристаллами, что выражается в резком падении нагрузки на двигатель. В этот момент его останавливают и образовавшийся при кинетическом разогреве жидкий слой кристаллизуется за счет ухода тепла через твердую фазу.Если сращиваются монокристаллы, то в условиях формирования на ориентированных плоскостях как на подложках (при теплоотводе по твердой фазе) жидкий слой кристаллизуется упорядоченно.Изготовление полупроводниковых элементов производится в атмосфере, лишенной кислорода, поскольку при нагреве выше 600 С кремний интенсивно взаимодействует с ним. Это можно осуществлять, поместив устройство в герметичную камеру, заполняемую инертным газом или вакуумируемую. ОднакО жестких требований к газовому составу или к глубине вакуума нет, поскольку слой жидкого кремния сосредоточен между сопрягаемыми плоскостями кристаллов и практически не имеет контакта с окружающей средой.Сращенные таким образом кристаллы содержат зону, в которой произошло сплав- ление (вызаимопроникновение) материалов с противоположными типами проводимости и обладающей ценными полупроводниковыми характеристиками. Эта зона может50 прослойки зону контакта вырезают в видепластины,быть вырезана в виде пластины, а образовавшиеся новые плоскости чистых кристаллов кремния совмещены для повторения операции сращивания. Таким образом из 5 одной пары кристаллов можно получить несколько полупроводниковых элементов.Использование описанного способа изготовления полупроводниковых элементов позволяет упростить и ускорить процесс 10 сращивания путем применения новой технологии,Упрощение технологического процессапроисходит, в основном, на этапе подготовки поверхностей. Наиболее трудоемким и 15 сложным процессом этого этапа являетсяполировка высшего класса точности. В изобретении этот этап сводится к обрезанию торцов кристаллов на алмазном круге. Дальнейшего уменьшения шероховатости по верхности не проводят. Это обстоятельствоне только упрощает технологию, но и сокращает время, идущее на подготовку кристаллов к сращиванию, Значительный выигрыш времени получается в результате примене ния способа на стадии сращивания кристаллов. Если процесс сращивания по известному способу длится часы, то по изобретению- минуты. Таким образом процесс ускоряется в десятки раз.30 В применению к кремнию способ обладает наибольшей эффективностью благодаря тому, что теплопроводность кремния мала и энергия, выделяющаяся в контактной зоне с достаточной инерцией, может 35 накапливаться в ней, быстро повышая температуру трущихся плоскостей.Формула изобретения Способ изготовления полупроводниковых элементов на основе кремния, включа ющий предварительную обработкукристаллов поотивоположного типа проводимости и приведение их в контакт сопрягаемыми поверхностями при нагреве в газовой атмосфере, о т л и ч а ю щ и й с я 45 тем, что, с целью упрощения и ускоренияпроцесса, контакт осуществляют в условиях внешнего давления при вращении одного из кристаллов до образования жидкой прослойки в зоне контакта, и после застыванияСоставитель А.БурякТехред М.Моргентал Тираж Подписноеосударственного комитета по изобретениям и открытиям 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5