по величине остаточных напряжений обычно приводит к раз­рушению изделий или к несоответствию заданным парамет­рам. Поэтому легирование, т.е. внесение добавок в кремний во время диффузии, проводится при повышенных температурах с таким расчетом, чтобы предупредить повреждение поверхнос­ти из-за избыточного сплавления. Если же количество легиру­ющей примеси в подложке окажется выше предела твердой растворимости при любой температуре, то выделяется вторая фаза, что приводит к нежелательным деформациям изделий.

1.3. Основные двойные диаграммы состояния широко используемых материалов в изделиях интегральной электроники

Существует большое количество веществ, которые неогра­ниченно растворяются друг в друге как в жидком, так и в твер­дом состояниях. Примером может служить система из двух таких важных для интегральной электроники веществ, как кремний и германий. Система кремний - германий показана на рис. 1.14.

Диаграмму с неограниченной растворимостью компонентов в жидком и твердом состояниях часто называют изоморфной. Для того чтобы два элемента считались изоморфными, они дол­жны подчиняться правилам Юма — Розери, т.е. иметь различие в значениях атомных радиусов, не превышающее 15 %, одина­ковую валентность, одинаковую кристаллическую решетку и, кроме этого, приблизительно одинаковую электроотрицатель­ность (электроотрицательность атома характеризуется способ­ностью захватывать электроны при ковалентном типе хими­ческой связи или притягивать их, например, при металличес­ком типе связи). Примерами могут быть системы Si - Ge, Сu -Ni, Аu - Pt и Ag - Pd, которые характеризуются неограничен­ной растворимостью компонентов в жидком и твердом состоя­ниях, соответствуют правилам Юма - Розери и, следовательно, являются изоморфными.

Система Pb - Sn служит хорошим примером простой би­нарной системы со значительной, хотя и ограниченной твер­дой растворимостью. Фазовая диаграмма состояний этой сис­темы приведена на рис. 1.15. Точка пересечения солидуса и сольвуса называется точкой граничной растворимости, значе­ния граничной растворимости как олова в свинце, так и свин­ца в олове достаточно большие. Данная система в прошлом широко использовалась при производстве изделий интеграль­ной электроники благодаря широкому применению оловянно-свинцовых припоев, использование которых в настоящее время по экологическим соображениям резко сокращено. Из двух­фазной диаграммы этой системы видно, как изменение соот­ношения компонентов изменяет температуру плавления спла­вов. Когда при изготовлении изделия требуется провести не­сколько последовательных паек, то для каждой следующей пайки применяется припой с более низкой температурой плав­ления. Это делается для того, чтобы не плавились пайки, сде­ланные раньше.

Для производства изделий интегральной электроники не менее важны свойства системы Au - Si, поскольку эвтектичес­кая температура этой системы 370 °С крайне мала по сравне­нию с температурами плавления чистого золота - 1063 °С или чистого кремния - 1412 °С (рис. 1.16).

Растворимости золота в кремнии и кремния в золоте слиш­ком малы, чтобы их отобразить на обычной фазовой диаграм­ме состояний. Из-за низкой эвтектической температуры ока­зывается выгодно монтировать кристаллы микросхем на по­крытые золотом подложки, держатели или на платы с золоты­ми контактными площадками, пользуясь эвтектической реак­цией Au — Si в качестве основного механизма сварки (или пай­ки). Для монтажа кремниевых кристаллов в корпуса также ис­пользуются сплавы золота. Но в этом случае вторым компо­нентом является германий.

Особое значение для производства изделий интегральной электроники имеет система Al - Si, так как подавляющее боль­шинство токоведущих дорожек на кремниевых кристаллах ин­тегральных микросхем выполняется из алюминия. Данная ди­аграмма приведена на рис. 1.17.

Данная диаграмма является эвтектической. В точке эвтек­тики при эвтектической температуре 577 °С содержание крем­ния в весовых и атомных процентах составляет соответственно 11,3 % и 11,7 %, при этом важным является максимальная растворимость кремния в алюминии. Особенности этого про­цесса в увеличенном масштабе показаны в левом верхнем угле диаграммы. Эти особенности заключаются в следующем: при увеличении температуры в диапазоне от 300 °С до температуры эвтектики 577 °С растворимость кремния медленно увеличива­ется от нуля до 1,59 %, 1,65 % в атомных и весовых процентах соответственно. Эта особенность растворимости кремния в алю­минии учитывается в производственных процессах производ­ства изделий интегральной электроники. Так, например, в про­цессах нанесения металлического слоя для формирования то-коведущих дорожек применяются сплавы алюминия, содержа­щие порядка одного процента кремния, что предотвращает или сводит к минимуму процессы вертикальной диффузии компо­нентов на границе кремний - сплав алюминия, например, со­става (Al+4,0 %Си+1,0 - 1,5 %).

Диаграмма системы Au - Аl, показанная на рис 1.18, имеет в производстве изделий интегральной электроники также важ­ное значение, поскольку обычно золотые провода соединяются с алюминиевыми токоведущими дорожками, расположенными на поверхности кремниевого кристалла микросхемы, или, на­оборот алюминиевая проволока присоединяется к контактным площадкам на кристалле микросхемы, выполненным из золо­та. Комбинации элементов, образующих химические соедине­ния в системе Au - Аl, имеют более сложные диаграммы состо­яний. Их можно разбить на несколько более простых диаграмм, каждая из которых относится к определенной паре соедине­ний или соединений и отдельных компонентов.

Например, АuАl₂ образуется, если количество золота в спла­ве с алюминием составляет 33 атомных процента при темпера­туре менее 1060 °С (см. рис 1.18). Слева от этой линии сосуще­ствуют фаза чистого алюминия и соединение АuАl₂. Соедине­ния, подобные АuАl₂, называются интерметаллическими и об­разуются при соответствующем стехиометрическом соотноше­нии элементов. Интерметаллические соединения характеризу­ются высокой температурой плавления, сложной кристалли-