РАЗДЕЛ 2
ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
ПОЗИЦИОННО-ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ФОТОПРИЕМНИКОВ НА ОСНОВЕ РАЗЛИЧНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ ИХ ПАРАМЕТРОВ
2.1. Описание оборудования и технологии изготовления полупроводниковых структур для ПЧФ.
Получение диффузионных p-n-переходов в кремнии осуществлялось следующим образом. Плоскопараллельные пластины марки КДБ-1,5 с ориентацией (100) и (110) вырезались из слитков, полученных методом Чохральского, алмазной пилой с внутренней режущей кромкой. Далее пластины подвергали механической шлифовке и полировке по стандартной технологии до 14-го класса чистоты.
Для удаления нарушенного слоя на поверхности пластин после механической обработки, пластины кремния обрабатывались в полирующем травителе HNO3:HF:СH3COOH = 19:1:1 в течение 10-12 минут. Скорость травления составляла ~ 1,5 мкм/мин. После химической обработки проводилась кистевая мойка, промывка пластин в деионизованной воде и сушка на центрифуге.
Очистку поверхности полупроводниковых пластин перед диффузией проводили в кварцевой посуде путем кипячения в перекисно-аммиачном растворе (NH3:H2O2:H2O = 1:1:4) в течение 5-7 минут и 3 минуты в перекисно-кислотном растворе (H2SO4: H2O2:H2O = 1:1:2). После каждой очистки следовала промывка в деионизованной воде: сначала в холодной 1-2 мин., затем в горячей - 3-5 мин. и снова в холодной - 2-3 мин., после чего пластины подвергались кистевой мойке, промывке в холодной деионизованной воде и сушке на центрифуге.
Для образования на поверхности р-подложек фосфорно-силикатного стекла (ФСС) использовалась фосфорная композиция КФК-50. Для нанесения композиции использовалась центрифуга со скоростью вращения 2,3 тыс. об/мин. Операция деструкции применялась для образования композиции ФСС и заключалась в прогреве подложек при температуре 6500С в течение 3-х минут в атмосфере воздуха.
Диффузия проводилась в печи СДОМ-3-100 при температуре 9300С в течение 10 минут на воздухе. Образцы нагревались и охлаждались вместе с печью. После диффузии четырехзондовым методом на контрольных пластинах определялась величина поверхностного сопротивления (40-50 Ом/?) и методом шар-шлифа - глубина залегания р-n-перехода (0,4-0,5 мкм).
Для удаления образовавшегося на поверхности фосфорносиликатного стекла пластины обрабатывались в буферном травителе (HF:NH4F(40%-й) = 1:10) в течение 4-5 минут с последующей стандартной отмывкой в деионизованной воде и сушкой пластин.
Выращивание гетероструктур AlХGa1-ХAs - GaAs осуществлялось в установке для жидкофазной эпитаксии "Вега" с горизонтальным расположением реактора. Регулирование температуры в рабочей зоне осуществлялось при помощи терморегулятора прецизионного программного РИФ-101, позволяющего программно производить снижение, повышение и поддержку температуры с точностью до 0,5 0С. Для создания в печи протяженной зоны с постоянной температурой (температурной полки) использовалась тепловая труба с натрием в качестве теплоносителя. Температура в реакторе контролировалась при помощи хромель-алюмелевой термопары типа ХА. Регистрация температуры производилась цифровым универсальным измерительным прибором ЦУИП.
Процессы выращивания проводили в атмосфере водорода, очищенного при помощи палладиевого диффузора на установке для очистки водорода LW-5SD. Содержание влаги в очищенном водороде не превышает 0,007 мг/л, а кислорода - 0,002 об.%. Система газораспределения установки позволяла производить продувку реактора азотом с последующим переключением режима на водород. Расходы газов контролировались при помощи ротаметров.
Реактор установки представлял собой расположенную горизонтально кварцевую ампулу с внутренним диаметром 55 мм, снабженную запорным устройством с водяным охлаждением. Запорное устройство снабжено патрубками для создания в реакторе потока технологических газов. Во фторопластовой крышке запорного устройства имелись герметично уплотняемые отверстия для введения кварцевых манипулятора и трубки для термопары.
Гетероструктуры выращивались в графитовой кассете сдвигового типа, представленной на рис. 2.1. Конструкция кассеты позволяет перемещать подложку 1, находящуюся в подвижном слайдере 2, между двумя контейнерами с растворами-расплавами 3 и 4, обеспечивая возможность выращивания двух эпитаксиальных слоев с различными свойствами. Корпус кассеты 5 снабжен отверстиями 6 и 7 для размещения тыльного упора и темопарной трубки соответственно. При загрузке кассеты в реактор подложка устанавливалась в нейтральном положении между контейнерами с двумя растворами-расплавами. Наличие зазора между слайдером и корпусом кассеты величиной 0,2 мм позволяло после выращивания эпитаксиального слоя широкозонного окна AlХGa1-ХAs оставлять на поверхности подложки тонкий слой раствора-расплава, препятствующий окислению поверхности эпитаксиального слоя с большим содержанием Al остаточными атомами кислорода. Окончательное удаление раствора-расплава с поверхности структуры осуществлялось при помощи вертикальной подложки 8 [93], установленной в вертикальной прорези кассеты под собственным весом на границе с контейнером 4, содержащим раствор-расплав для выращивания верхнего контактного слоя GaAs.
При компоновке реактора корпус кассеты фиксировался кварцевыми упорами между дном реактора и запорным устройством, причем одним из
Рис. 2.1. Схема кассеты для выращивания гетероструктур
AlХGa1-ХAs - GaAs.
упоров служила термопарная трубка. Для перемещения слайдера между контейнерами с растворами-расплавами использовался кварцевый манипулятор.
Для получения гетероструктур AlХGa1-ХAs - GaAs методом принудительного охлаждения использовались следующие материалы:
- монокристаллические подложки арсенида галлия марки АГЧО ориентацией (100) с концентрацией электронов 1?1018 см-3;
- галлий высокой степени чистоты марки ГЛ - 0000;
- поликристаллический арсенид галлия марки АГН с концентрацией электронов менее 1016 см-3;
- алюминий высок