15.Формирование областей с различными электрофизическими характеристиками: физические основы и особенности диффузионное и ионного легирования.
Основано на процессах диффузии и внедрения легирующей примеси в заданную область п/п-ка. Методы легирования: 1.высокотемпературная диффузия в замкнутых и открытых с-мах из твердых источников на поверхности; 2.ионная имплантация (внедрение ионов); 3.радиационно-стимулированная диффузия при обработке п/п-ка ионизированным излучениями. Диффузия происходит, если в твердом теле есть градиент концентрации какого-либо вещества и она продолжается, пока она не выровняется по всему объему. Диффузия описывается законами Фика:
Диффузионные
процессы резко увеличиваются с
температурой и в технологии ИС они
осуществляются при Т=1000-13000С.
При диффузионном легировании создают
определенный профиль легирующих
примесей, т.е. для каждой примеси и
области прибора производится расчет
диффузии. Обычно профили концентрации
для транзисторных структур, полученных
диффузией доноров и акцепторов, имеют
вид как на рис.
Глубина р-n-перехода - расстояние от поверхности, на которой концентрация доноров =концентрации акцепторов. Процесс диффузии обычно осуществляется в 2 этапа: 1. загонка из источника легирующего элемента на поверхности пластины создается слой насыщенный примесью. Это боро-, фосфоросиликатное стекло. 2.разгонка – в отсутствии внешнего источника примесь распределяется на требуемую глубину. Это сопровождается выращиванием на поверхности подложки защитного слоя SiO2.
16. Технология диффузионного и ионного легирования пп подложек,
пленок поли-Si, слоев SiO2 и т.п.
Совокупность способов изготовления ПП приборов и ИС путем формирования их структур с одной (рабочей) стороны ПП подложки. Разработана в 1959 г. в США. Основывается на создании в приповерхностном слое моно ПП областей с различным типом проводимости или разной концентрацией примесей, в совокупности образующих структуру прибора. Такие области создаются локальным введением в подложку примесей (диффузия, ионное легирование), осуществляемым через маску (обычно пленка SiO2, маскирующие свойства которой обусловлены малой по сравнению с Si скоростью диффузии большинства легирующих примесей), формируемую на подложке с помощью литографии. Последовательно проводя процессы окисления (пленка SiO2), литографии (создание маски) и введения примесей, можно получить в приповерхностном слое подложки область любой конфигурации, а также области с другим типом или уровнем проводимости. Поскольку все эти области имеют выход на одну сторону подложки, можно через окна в SiO2 осуществить их коммутацию в соответствии с электрической схемой при помощи металлических проводников, конфигурация которых также осуществляется литографией. Пленка SiO2 может использоваться не только как маска, но и для защиты структур в ходе ТП и эксплуатации.
17. Придание материалам и элементам требуемых свойств термообработкой (отжиг пленок, вжигание контактов, активирующий
отжиг и др.).
Термообр-ка - тепловое возд-вие на материалы для целенаправл-го изменения их физ.-хим. св-в. Она позволяет улучшить характ-ки металлов, продлив тем самым срок эксплуатации деталей, уменьшить массу и габариты металлич. изделий, увеличить значения допустимых напряжений.
Отжиг—нагрев до заданной темп-ры, выдержка при этой темп-ре и последующее, обычно медленное охлаждение. При отжиге происходит требуемое модифицирование материала изделия или заготовки, снимаются механич. напряжения в них, изменяется однородность в-ва по всему объёму или на отд. участках.
Вжигание проводится для улучшения механич. сцепления (иногда и электрич. контакта) с подложкой нанес-го на неё покрытия (металлич. слоя, плёнки); при этом одновр-но происх. и частичная структур. стабилизация мат-ла покрытия.
Высоко- и низкотемпературный отжиг проводится на разных стадиях ТП. Не носит самостоят. хар-ра, а явл. вспомогательным. Так металлич.пленки всегда наносятся на подогреваемые подложки. Это способствует: 1.улучшению адгезии; 2.зародышеобразованию; 3.сплошности; 4.уменьшает дефектность и механические напряжения как в самой пленке, так и на границе раздела пленка-подложка. Высокотемпературная ТО характерна для операции очистки подложек, активизации ионов внедрение примесей, вжигание контактных площадок, термической диффузии. ТП производства ИС должен содержать минимум высокотемпературных операций, следует уменьшать их длительность, т.к. они оказывают существенное влияние на свойства ранее сформированных структур и дефектность элементов.