Термическая диффузия: Физические основы процесса, механизмы диффузии примесей, законы Фика

Физическая основа – соседние атомы обмениваются местами.

Диффузия – перенос в-ва, обусловленный хаотич. Тепловым движением, возникающее при наличии градиента концентрации и направленная в сторонуубывания градиента.

Законы Фика - 1 уравнение -

J – вектро плотности потока атомов

Дельта N - вектор градиента концентрации

D- коэф. Диффузии

2 уравнение

На поверхности полупроводниковой пластины создается слой, содержащий примеси. Эти пленки (окисла кремния, нитрида кремния и т.д.) формируются при низкотемпературном процессе. Затем проводится перераспределение примесей из этих пленок.

Способы создания пленки: 1) перенос оксида кремния без суш. состава на поверхность пластины. 2) Синтез на поверхности окисла кремния без учета материала пластины. 3) создание окисл. слоев с учетом пластины

Для диффузии примесей из легированных слоев окисла проводится отжиг при температуре 1500оС+-1оС. Затем распределение примеси описывается дополн. функцией ошибок.

29. Укрупненная схема технологического процесса изготовления диффузионного транзистора. Последовательность формирования топологических слоев полупроводникового транзистора.

Уже на ранней стадии разработки транзисторов стало ясно, что для улучшения высокочастотных характеристик нужен другой метод контроля толщины перехода. Таким методом явился метод диффузии. Суть его в том, что полированная очищенная тонкая пластинка германия в течение двух часов выдерживается при 650° C под воздействием источника сурьмы. (Для защиты поверхности от загрязнений процесс проводится в атмосфере водорода.) В результате образуется базовый слой толщиной порядка 1 мкм. Алюминиевый эмиттер вплавляется на глубину ок. 0,5 мкм. На поверхность пластинки напылением в вакууме наносится базовый контакт в виде полоски, отстоящей на 12 мкм от эмиттерной. Затем германий вокруг двух полосок вытравливается так, что на пластинке остается ряд меза-структур, каждая из которых содержит активные элементы транзистора (рис. 5).

Рис. 5. ДИФФУЗИОННЫЙ МИКРОТРАНЗИСТОР, сформированный на поверхности довольно большого микрокристалла. Тысячи таких микрокристаллов могут одновременно обрабатываться методом диффузии. 1 – базовая область p -типа; 2 – коллекторный переход; 3 – слой диоксида кремния; 4 – коллекторный контакт; 5 – микрокристалл кремния; 6 – вывод базы; 7 – эмиттерный вывод; 8 – электрическое соединение золото – кремний; 9 – металлический кристаллодержатель; 10 – напыленный электрод; 11 – эмиттерная область n -типа; 12 – эмиттерный переход.

При толщине базы 0,5 мкм номинальная граничная частота достигает 900 МГц, что значительно больше, чем у приборов прежнего типа. Этот успех позволил проектировать схемы, рассчитанные на высокочастотные транзисторы. Высокочастотные германиевые транзисторы нашли применение в электронных схемах спутников связи и в подводных кабелях. Однако для германия так и не были реализованы потенциальные возможности, предоставляемые, в принципе, диффузионным процессом, и он был вытеснен кремнием, у которого на много порядков величины меньше токи утечки. Поэтому кремниевые транзисторы могут работать при температурах до 150° С, а не до 70° С, как германиевые.

30. Классификация ИМС по технологическому методу изготовления. Параметры, характеризующие сложность ИМС. Топология ИМС. Общая топология и послойная топология. Понятие технологической совместимости.

Классификация по методу изготовления и конструктивным особенностям.

Полупровод. –одно- и многокристальные (микросборки).

Пленочные –тонкопленочные(в вакууме) и толстопленочные (наносятся в виде паст). В полупровод. ИМС основой является кристал и все элементы формируются в приповерхностном слое кристалла. (все Эл-ты выполнены на пов-ти подложки в виде пленок.(тонкопленочные и толсто пленочные))

Гибридные микросхемы –это набор полупров. активных элементов, а также резисторов, конденс., индук. с высокими пар-ми, кот. устанав. на пленочные провод., располож. на диэлектр. основании(ситал,поликор).(все пассивные Эл-ты (R,C), а также межсоед. Выполнены на пов-ти в виде пленок, а активные – VD VT – в виде бескорусных кристаллов на этой же пленке.)

процесс.

Конструкция полупроводниковой МС полностью определяется ее фи­зической структурой (совокупностью слоев в кристалле, отличающихся ма­териалом и электрофизическими свойствами) и топологией (формой, разме­рами, относительным расположением отдельных областей и характером межсоединений по поверхности кристалла). Можно также сказать, что структура — это чертеж поперечного сечения кристалла ИМС, а топология — вид в плане (рис. 5 цветной вклейки).

Рис. 7.4. Фрагмент ИМС:

а — структура; б — топология; 1 — исходная монокристаллическая пластина — подложка; 2 — скрытый слой; 3 — эпитаксиальный слой (он же коллекторный); 4 — базовый слой; 5 — эмиттерный слой; 6 — разделительный слой; 7 — изолирующий слой с контактными окнами; 8 — слой металлизации; 9 — защитный слой (обычно Si0₂)

На рис 7.4, а приведен фрагмент структуры ИМС, представляющей собой p-n-p-транзистор, и включенный в коллекторную цепь резистор, а на рис. 7.4, б — топология этого же участка.

Каждый из слоев 2 —6представляет собой совокупность отдельных островков (областей), имеющих одинаковые толщины, тип проводимости (электронная л или дырочная р) и характер распределения примеси по тол­щине. Это достигается одновременным введением примеси через окна за­щитной маски из Si0₂, формируемой предварительно на поверхности пла­стины-кристалла. В отличие от слоев 2 — б слои 7, 8 и 9 получают путем формирования сплошной пленки и последующего избирательного травления с использованием фотошаблона. В результате изолирующий слой 7 (SiC2) содержит контактные окна, слой металлизации 8 (обычно А1) — систему соединительных проводников и периферийные монтажные площадки, а слой 9 — окна над монтажными площадками.

В соответствии с этим циклом последовательность формирования по­лупроводниковой структуры следующая. В исходной пластине-подложке р-типа формируются области скрытого слоя (»⁺). Далее осаждается сплошной монокристаллический (эпитаксиальный) слой кремния «-типа, поверхность которого окисляется. Затем формируются области разделительного слоя (р) с таким расчетом, чтобы они сомкнулись с подложкой. Образующиеся при этом островки эпитаксиального слоя образуют коллекторный слой (п). Внутри коллекторных областей формируются базовые /^-области (базовый слой), а внутри базовых областей — эмиттерные (эмиттерный >Г-слой).

В дальнейшем обработка происходит на поверхности — формируются изолирующий слой (SiCb), слой металлизации (А1) и защитный слой (SiCh). При этом обработка осуществляется по циклу «нанесение сплошной пленки — фотолитография».(необхо­дим комплект из семи фотошаблонов.)

31. Интегральная микросхема. Термины и определения. Элемент микросхемы, компонент микросхемы. Подложка ИМС. Кристалл ИМС. Контактная площадка ИМС. Корпус ИМС. Бескорпусная ИМС.

МС – микроэлектронное изделие, выполняющее определенную функцию по преобразованию сигнала. При изготовлении микросхем используется фотопроцесс, при этом схему формируют на подложке, обычно из диоксида кремния, полученной термических оксидированием кремния.

Кристалл ИМС – часть полупров. пластины, в объеме и на поверхности которой сформированы элементы МС. ИМС – МС, каждый элементу принципиальной электр. схемы соответствует подобный элемент пленочный или полупроводниковый. Можно проследить распределение сигнала по принципиальной схеме. Степень интеграции – число элементов МС, приходящееся на один кристалл.

Элемент ИМС – части ИМС, реализующие какую-либо функцию ЭРЭ, при этом не может существовать отдельно от кристалла (диод, резистор и т.д.).

По конструктивно-технологическому исполнению МС делятся на полупроводниковые и гибридно-пленочные. Полупроводниковые имеют в своей основе монокристалл полупроводникового материала (обычно кремния), в поверхностном слое которого методами литографии и избирательного легирования создаются транзисторы, диоды, резисторы, а соединения между ними формируются по поверхности кристалла тонкопленочной технологией. Полупроводниковые МС бывают однокристальные (монолитные) и многокристальные (микросборки). Однокристальная МС может иметь индивидуальный герметизированный корпус с внешними выводами для монтажа на коммутационной (печатной) плате или быть бескорпусной и входить в состав микросборки. (Многокристальная микросборка - совокупность бескорпусных МС, смонтированных на общей коммутационной плате.)

Контактные площадки - это элементы топологии ИС, располагаемые обычно по периферии полупроводникового кристалла, и служащие для создания соединений полупроводниковой схемы с выводами корпуса с помощью металлических (золотых, алюминиевых) проволочек методом термокомпрессии.

Дата добавления: 2015-04-24