Лекция 1 ВВЕДЕНИЕ Основные

Лекция 1 ВВЕДЕНИЕ Основные технологические процессы изготовления кремниевых ИС

Технологические операции получения пластин из слитка Обрезание затравочной и хвостовой части слитка-були Обдирка боковой поверхности до нужного диаметра Шлифовка одного или нескольких базовых срезов Резка слитка на пластины Снятие фаски с боковых поверхностей пластин Обработка поверхности пластин

Дополнительные и базовые срезы ОБС: Ориентация пластин при обработке ДБС: ориентация поверхности и тип проводимости

Снятие фаски

Резка слитка обуславливает: -ориентацию поверхности - толщину - плоскопараллельность - прогиб Резка монокристаллической були кремния на пластины. D = 30, 60, 90, 100, 150, 300 мм… В 2011 г. наметился переход на 450 мм! 30 -90 – теперь не бывает (для Si)!!! - УЧЕБНИКИ БЫСТРО СТАРЕЮТ! h = 200 - 500 мкм (0. 2 – 0, 5 мм)

Резка слитка на пластины

Нарушенный слой на поверхности пластин образуется после резки 1 – рельефный 2 – трещиноватый 3 - напряженный

Удаление остатков нарушенного слоя и загрязнений

Параметры пластин

Часть 2. Эпитаксия – процесс наращивания тонких монокристаллических слоев на монокристаллических подложках Рост кристаллической пленки происходит при температуре ниже температуры плавления Гомоэпитаксия (автоэпитаксия) – материал слоя идентичен материалу подложки Гетероэпитаксия – материал слоя и подложки различаются Эпитаксия из газовой фазы (ГФЭ), из жидкой фазы (ЖФЭ), эпитаксия из молекулярных пучков в вакууме (МЛЭ), эпитаксия из твердой фазы (ТФЭ)

Эпитаксия из газовой фазы (парогазовой смеси) Проверенный способ получения слоев кремния Наиболее распространены хлоридный и силановый методы ГФЭ

Модели эпитаксиального роста

Зависимость скорости роста ЭС от различных параметров при ГФЭ Re<2000 – ламинарное течение, Re>2000 – турбулентное течение

Реакторы для ГФЭ Легирующие добавки в ПГС: PCl 3, PBr 3, PH 3, B 2 H 6

Автолегирование при эпитаксии

Автолегирование при наличии скрытых слоев

Жидкофазная эпитаксия

ЖФЭ: кристаллизация монокристаллических слоев осуществляется из растворов-расплавов полупроводника в легкоплавком металле-растворителе n Реализуется в изотермических (испарение растворителя, изотермическое смешивание) и неизотермических (принудительное охлаждение, переохлаждение раствора- расплава) условиях n Используется для получения многослойных структур на основе соединений АIIIВV n используется при изготовлении инжекционных лазеров, источников спонтанного излучения, туннельных диодов

Открытые методы ЖФЭ

Открытые методы ЖФЭ

Открытые методы ЖФЭ

Молекулярно-лучевая эпитаксия, или эпитаксия из молекулярных пучков в вакууме

Часть 3 Основные методы легирования в микроэлектронике Цель процессов легирования – создание областей разного типа проводимости

Ионная имплантация, или Ионное легирование

Ионная имплантация (ИИ, ИЛ) -ИЛ – метод легирования кремниевых пластин -Ионы примеси, обладающие высокой кинетической энергией, внедряются в кристаллическую решетку кремния Схематическое представление процесса ионной имплантации

Ионное легирование Достоинства метода: n Контролируемое введение примеси n Полная совместимость с процессами планарной технологии n Однородность легирования n Возможность создания малой области легирования на заданной глубине, в том числе мелкозалегающих слоев n Особо чистые условия процесса Недостатки метода: n Нарушение кристаллической структуры n Эффект каналирования

Оборудование для ИЛ

Установка ионной имплантации

Ионная имплантация Системы сканирования пучка ионов

Ионная имплантация

Ионная имплантация Теория Линдхарда, Шарфа, Шиотта

Эффект каналирования В определенном диапазоне углов падения ионов возможно движение ионов между атомными плоскостями

Диффузия - - Это процесс переноса примесей из области с высокой в область с низкой концентрацией, стимулированный высокой температурой - Методом диффузии формируют активные, пассивные элементы ИС и изоляцию - Источники легирующих примесей могут быть твердые, жидкие и газообразные

Диффузия - Диффузия, в отличие от ИЛ, проводится при высокой температуре -Профиль распределения примеси при диффузии и ионной имплантации разные

Доноры и акцепторы

Кривые Ирвина

Особенности процесса диффузии -акцепторные диффундируют быстрее, чем донорные, из-за меньшего радиуса -Твердые источники примесей могут находиться на поверхности пластины, могут вне на небольшом расстоянии - газообразные примеси подают по магистралям из баллонов в потоке газа-носителя

Механизмы диффузии Закон Фика Уравнение диффузии Граничные и начальные условия

Решение уравнения диффузии Из неограниченного источника Из ограниченного источника

Две стадии диффузии Источник примеси – примесно-силикатное стекло (БСС, ФСС) или газ 1 -я стадия – загонка примеси, 2 - разгонка

Оборудование для диффузии

Оборудование для диффузии

Установка термической диффузии

Спасибо за внимание!