- •Введение
- •1. Высокие технологии в энергетике
- •1.1. Энергетическая проблема, стоящая перед человечеством
- •1.2. Атомная энергетика
- •1.3. Термоядерная проблема
- •1.4. Передача и хранение энергии
- •Контрольные вопросы
- •2. Технологическое применение электронных пучков
- •2.1. Получение и транспортировка электронных пучков
- •2.2. Взаимодействие электронных пучков с твердым телом
- •2.3. Применение электронных пучков для технологических целей
- •Контрольные вопросы
- •3. Физические основы ионной технологии
- •3.1. Взаимодействие ионного пучка с твердым телом
- •3.2 Основные направления использования ионных пучков для технологических целей
- •Контрольные вопросы
- •4. Основы лазерной обработки
- •4.1. Источники лазерного излучения
- •4.2. Взаимодействие лазерного излучения с веществом
- •4.3. Основные виды лазерной обработки
- •Контрольные вопросы
- •5. Плазменная технология
- •5.1. Физические характеристики плазмы
- •5.2. Принципы построения оборудования для плазменной технологии
- •5.3. Плазменная химия
- •5.4. Основные операции плазменной обработки материалов
- •Контрольные вопросы
- •6. Субмикронные технологии микроэлектроники
- •6.1. Задачи субмикронной и нанотехнологий в микроэлектронике
- •6.2. Получение монокристаллов кремния и подготовка подложек
- •6.3. Эпитаксия
- •Контрольные вопросы
- •7. Основы литографии
- •7.1. Литографический цикл
- •7.2. Экспонирование
- •7.3. Проявление изображения в резисте
- •7.4. Методы формирования рисунка в функциональных слоях интегральных схем
- •7.5. Литография высокого разрешения
- •Контрольные вопросы
- •Проявление изображения в резисте.
- •8. Введение в нанотехнологию
- •8.1. Возникновение и развитие нанотехнологии
- •8.2. Получение информации о микро- и наномире
- •8.3. Перспективы развития нанотехнологии
- •Контрольные вопросы
- •9. Нанотехнологии в медицине, фармацевтике и биотехнологии
- •9.1. Наночастицы – новая форма лекарств и средство их адресной доставки
- •9.2. Биосенсорная нанодиагностика
- •9.3. Наноинструменты и нанороботы в медицине
- •Контрольные вопросы
- •Вопросы по еновт для зачета (экзамена)
- •Методы формирования рисунка в функциональных слоях интегральных схем.
- •Литография высокого разрешения.
- •Возникновение и развитие нанотехнологии.
- •Наноинструменты и нанороботы в медицине. Рекомендуемая литература
6.2. Получение монокристаллов кремния и подготовка подложек
По степени распространенности в природе кремний находится на втором месте, он составляет 25% массы земной коры. После изобретения бестигельной зонной плавки он начал широко применяться в качестве полупроводникового материала. Кремний является одним из самых чистых материалов, при этом сравнительно дешевым (на порядок дешевле германия и на три порядка – арсенида галлия). Основными примесями в полупроводниковом кремнии являются бор и углерод (до %) и легирующие элементы (до %).
Получение полупроводникового поликристаллического кремния производится в три этапа.
Получение металлургического кремния. Кварцит ( ), уголь, кокс и древесные отходы загружаются в дуговую печь, где при высокой температуре проходят химические реакции. Завершающей является реакция получения расплавленного кремния (98% чистоты):
. (6.1)
Получение чистого трихлорсилана. При температуре в присутствии катализатора механически измельченный кремний подвергается воздействию хлористого водорода. В результате получается технически чистый трихлорсилан:
. (6.2)
Трихлорсилан при нормальных условиях представляет собой легкокипящую жидкость ( ). Очищается до высокой степени чистоты многократной фракционной дистилляцией.
Получение полупроводникового кремния путем осаждения из прогретой смеси:
. (6.3)
Кремний, получаемый в результате этого процесса, представляет собой поликристаллический стержень диаметром до 200 мм и длиной в несколько метров.
Получение монокристаллического кремния. Основной метод получения монокристаллического кремния – выращивание кристалла по методу Чохральского.
Сущность метода состоит в том, что атомы кремния осаждаются на специальную затравку, которая медленно, с вращением, при помощи специального механизма вытягивается из расплава кремния. После того как кристалл выращен, его подвергают очистке с помощью бестигельной зонной плавки (Пфанн 1952 г.). Высокочастотный нагреватель, двигаясь горизонтально вдоль кристалла кремния, создает зону локального расплавления. В процессе остывания расплава и образования кристаллической решетки чаще всего энергетически более выгодным является размещение в строящейся решетке атома кремния, а не примесного атома. В результате примесные атомы вытесняются из зоны кристаллизации. По мере продвижения нагревателя вдоль кристалла примеси перемещаются к его периферии.
Полученный слиток подвергается механической обработке, в процессе которой отделяется его затравочная и хвостовая часть, производится обдирка боковой части и шлифовка боковых срезов. Для определения направления бокового среза используется рентгеновский метод. Базовый срез необходим для ориентирования подложек в технологических операциях и ориентирования кристалла ИС относительно кристаллографических осей. Поверхность пластин подвергается механической шлифовке и полировке. На конечной стадии обработки может производиться химическая или химико-механическая полировка, в результате которой поверхность пластины получается без механических нарушений поверхностного слоя и высокого класса чистоты (14 класс чистоты).
Перспективы дальнейшего развития субмикронной технологии ИС требуют использования подложек большего диаметра (более 200 мм), возрастают требования к плоскостности и степени чистоты поверхности подложек, а также уменьшению количества примесей и дефектов.