Подготовка подложек

Общие сведения

• Преимущества кремниевой технологии. Требования к кремнию
• Получение металлургического и электронного кремния
• Структура и дефекты в монокристаллическом кремнии
• Получение кремния методом зонной плавки

Выращивание кремния по методу Чохральского

• Оборудование и технология процесса
• Основы теории роста монокристаллов
• Факторы, влияющие на дефекты в процессе роста
• Оценка качества кремния и параметров кристаллов
• Окончательная обработка кремния

Общие сведения

Преимущества кремниевой технологии.
Требования к кремнию как материалу
для микроэлектронной промышленности

Полупроводниковая технология начала свое становление с 1946 года, когда Бардин и Шокли изобрели биполярный транзистор. На первом этапе развития микроэлектронного производства в качестве исходного материала использовался германий. В настоящее время 98% от общего числа интегральных схем изготавливаются на основе кремния.

Кремниевые полупроводниковые приборы по сравнению с германиевыми имеют ряд преимуществ:

• Si p-n переходы обладают низкими токами утечки, что определяет более высокие пробивные напряжения кремниевых выпрямителей;
• у кремния более высокая, чем у Ge область рабочих температур (до 150 и 70 градусов Цельсия соответственно);
• кремний является технологически удобным материалом: его легко обрабатывать, на нем легко получать диэлектрические пленки SiO₂, которые затем успешно используются в технологических циклах;
• кремниевая технология является менее затратной. Получение химически чистого Si в 10 раз дешевле, чем Ge.

Вышеперечисленные преимущества кремниевой технологииимеют место в связи со следующими его особенностями:

• большое содержание кремния в виде минералов в земной коре (25% от ее массы);
• простота его добычи (содержится в обычном речном песке и кремнеземе) и переработки;
• существование "родного" не растворимого в воде окисного слоя SiO₂ хорошего качества;
• большая, чем у германия ширина запрещенной зоны (Eg = 1.12 эВ и Eg = 0.66 эВ соответственно).

Исходным сырьем для микроэлектронной промышленности является электронный поликристаллический кремний, из которого затем получают монокристаллические слитки, обладающие необходимыми электрофизическими свойствами. После проведения подготовительных технологических циклов (механической обработки слитков, подготовки основных и дополнительных базовых срезов, резки слитка кремния на пластины, травления поверхности и полировки) он должен обладать следующими свойствами:

• быть химически чистым полупроводником (например, концентрация бора или углерода в кремнии не должна превышать 10^-7 ат.% и 2·10^-4 ат.% соответственно);
• обладать свойствами монокристалла и иметь малое число дефектов;
• иметь однородные свойства по объему, в частности, относительно контролируемой концентрации легирующей примеси;
• иметь идеальную поверхность, необходимую для реализации планарной технологии.

В окончательном виде кремний представляет собой зеркально отполированную с одной стороны монокристаллическую пластину диаметром 15 - 40 см, толщиной 0.5 - 0.6 мм с различной ориентацией поверхности. Дополнительный и основные срезы сделаны для более легкого распознавания пластин с разным типом проводимости и ориентацией поверхности.

Справка: Физические свойства германия и кремния.

Параметры	Германий	Кремний
Атомный номер
Атомная масса	72,58	28,08
Постоянная решетки, нм	0,5647	0,5430
Кристаллическая структура	Гранецентри- рованная	Кубическая (типа алмаза)
Цвет	Серебристый	Серый
Количество атомов в 1 см^3	4,52·10^22	4,99·10^22
Плотность при 298 К, г/см^3	5,32	2,331
Твердость по шкале Мооса	6,25	7,0
Ковкость	Хрупкий	Хрупкий
Диэлектрическая проницаемость e
Показатель преломления света на дине волны 3...6 мкм	4,068...4,143	3,42
Работа выхода электронов, эВ	4,78	4,8
Ширина запрещенной зоны DE при 298 К, эВ	0,744	1,153
Температура плавления, °C
Температура кипения, °C
Скрытая теплота плавления, кДж/моль	33,7±0,8	45,5±0,8
Скрытая теплота парообразования, кДж/моль (при 1173 К)	371±8	440±50
Теплоемкость C, Дж/(моль·К), при температуре 90 К	11,1	5,2
Теплоемкость C, Дж/(моль·К), при температуре 300 К	22,8
Линейный коэффициент теплового расширения, К^-1 в интервале температур 273...573 К	6,1·10^-6	4,2·10^-6
Линейный коэффициент теплового расширения, К^-1 в интервале температур 573...723 К	6,6·10^-6	4,2·10^-6
Теплопроводность, Вт/(м·К) при 298 К	58,3
Удельное сопротивление при 298 К, Ом·см		2·10^5
Концентрация электронов (дырок) при 300 К, см^-3	1,95·10^13	1,27·10^10
Подвижность электронов (дырок) при 298 К, см^2/(В·с)
Коэффициент диффузии электронов при 298 К, см^2/с
Коэффициент диффузии дырок при 298 К, см^2/с
Магнитная восприимчивость	-1,1·10^-7	-1,3·10^-6
Энергия ионизации легирующих примесей E1, эВ	0,010...0,013	0,033...0,07

Дата добавления: 2014-12-27