Есть такая задача в курсе физики: «Почему трудно отвинтить гайку, много времени находившуюся в туго завинченном состоянии, хотя болт и гайка сделаны из нержавеющего металла?» Ответ на эту задачу такой — из-за диффузии, внедрения атомов одного вещества в структуру другого.
Происходит как бы склеивание без клея. К такому же роду физических явлений относится потемнение с течением времени некоторых металлов. Известно, что возраст бронзовых и серебряных антикварных изделий определяется не только по стилю изготовления, но и по их цвету — чем темнее, тем более старая вещь. Благородный оттенок эти металлы приобретают за десятки и сотни лет. А вот свинец и алюминий темнеют быстро, почти на глазах. Это тоже работает диффузия, но при этом проникают друг в друга атомы не твердых тел, а газов, в основном кислорода, в твердое тело. Таким образом, «склеиваются» газ и твердое вещество. И это физическое явление стало использоваться в электронике.
Появление профессии оператора диффузионных процессов связано с развитием производства полупроводников — транзисторов, диодов, конденсаторов, резисторов.
Процессы диффузии и окисления являются одними из основных в технологической цепи изготовления полупроводниковых и гибридных микросхем. В процессе диффузии и окисления обработке подвергаются полупроводниковые пластины, которые затем передаются в лабораторию фотолитографии, где посредством химической обработки придается требуемая форма и размеры структурам будущей микросхемы.
Как происходит процесс диффузии?
Диффузию примеси производят в диффузионных установках (печах), которые применяются в технологии производства интегральных микросхем также для проведения окисления поверхности пластин и других видов термической обработки. Термическая об’ работка пластин в таких печах при проведении технологических процессов диффузии и окисления осуществляется в потоке парогазовой смеси в открытом реакторе.
В рабочую зону вводят группу обрабатываемых пластин на специальной кварцевой подставке — лодочке. Одновременно в реактор подают регулируемый поток парогазовой смеси, который вместе с газом-носителем, перемещаясь вдоль реактора, последовательно омывает поверхность пластины, на которой протекают необходимые физико-химические процессы: окисление и диффузия.
При изготовлении интегральных микросхем проводят несколько последовательных процессов окисления и диффузии при различных температурах, времени термообработки, составах парогазовых смесей и газов-носителей.