Основные технологические процессы изготовления кремниевых ИС

Поверхностная обработка полупроводниковых материалов

Кремний — основной материал для полупроводниковых интегральных микросхем

В производстве полупроводниковых приборов и интегральных схем используются германий, кремний и арсенид галлия.

Основные физические и механические свойства этих материалов приведены в табл. 1.1.

В производстве приборов и схем используют полупроводниковые материалы, легированные различными примесями, что дает возможность существенно изменять свойства этих материалов. Однако основным материалом для изготовления интегральных микросхем (ИМС) и микросистем до настоящего времени остается кремний. Он обладает рядом свойств, позволяющих легко создавать на нем диэлектрические слои для маскирования от проникновения примесей и защиты поверхности от влияния внешней среды, обеспечивающих высокие рабочие температуры (до 150 °С). Поэтому именно технология кремниевых интегральных элементов будет рассматриваться в настоящем пособии.

Кремний имеет алмазоподобную кристаллическую решетку, которая может быть представлена как две гранецентрированные кубические решетки, сдвинутые относительно друг друга на 1/4 большой диагонали куба. Параметр решетки куба а равен 0,54 нм (длина ребра куба), а расстояние между двумя ближайшими соседними атомами составляет 0,23 нм. Каждый атом связан с четырьмя ближайшими соседями ковалентными связями, расположенными по отношеТаблица 1.1

Физические и механические свойства германия, кремния и арсенида галлия (при Т = 300 К)

нию к этому атому в вершинах правильного тетраэдра (рис. 1.1).

В кубической решетке кремния удобно выделить наиболее характерные плоскости и направления (рис. 1.2). Если в начало координат поместить куб с ребрами, отсекающими единичные отрезки по осям координат, то плоскости, образующие грани куба, будут иметь координату по одной из осей, например х, равную 1, а другим плоскостям будут парал-

Рис. 1.1. Схематическое предствление кристаллической решетки кремния

лельны. Обратные величины отрезков, отсекаемых плоскостями по осям координат, для этой кристаллографической плоскости будут 1, 0, 0 (рис. 1.2, а). Это и есть индексы Миллера для граней куба. Соответственно для диагональной плоскости куба (рис. 1.2, б) эти индексы будут 1, 1, 0, а для плоскостей, отсекающих единичные отрезки по всем трем координатам (рис. 1.2, в) — 1, 1, 1. Для обозначения единичной плоскости ее индексы помещают в круглые скобки: (100), (110), (111). Если же речь идет о системе кристаллографически эквивалентных плоскостей, то используются фигурные скобки: {100}, {110}, {111}. Направления, перпендикулярные этим плоскостям, имеют те же индексы, но заключаются в квадратные скобки: [100], [110], [111], а семейство направлений с одинаковыми индексами — в треугольные скобки: <100>, <110>, <111>. Три указанных плоскости и направления являются наиболее важными в кристалле кремния и в основном используются в производстве кремниевых интегральных микросхем. Многие технологические процессы протекают различно при разных кристаллографических ориентациях поверхности кремниевой пластины. Для биполярных ИМС обычно используется ори-

Рис. 1.2. Схематическое представление плоскостей с различными индексами Миллера в кубической решетке

ентация поверхности параллельно (111), для МДП схем предпочтительной является ориентация поверхности по плоскости (100).