Раздел 1 Основные технологические процессы изготовления кремниевых ИС

1. Поверхностная обработка полупроводниковых материалов

1.1. 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)

Свойства

Ge

Si

GaAs

Атомный (молекулярный) вес

72,59

28,09

144,6

з

Плотность, г/см

5,327

2,33

5,316

Модуль Юнга, х109 Н/м2

13,7

16,9

1,13

Коэффициент Пуассона

0,256

0,262

0,336

Температура плавления, °С

936

1420

1238

Теплопроводность, кал/°С'М'С

0,14

0,2

0,125

Удельная теплоемкость, кал/г-°С

0,074

0,210

0,086

Критерий хрупкости

4,4

2,0

3,0

Коэффициент термического расширения а, х1СГ8 (°С)-1

5,75

2,23

5,74

Ширина запрещенной зоны, эВ

0,76

1,11

1,424

Тип кристаллической структуры

Алмаз

Алмаз

Цинковая

обманка

Подвижность электронов, см2/В-с

3900

1400

8800

Подвижность дырок, СМ2/В'С

1900

480

400

Собственная концентрация

носителей при 300 К, см

21013

1,5-Ю10

1,4-106

Диэлектрическая проницаемость

16

11,8

11,1

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-

Схематическое предствление кристаллической решетки кремния

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-

Схематическое представление плоскостей с различными индексами Миллера в кубической решетке

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).

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >