Технология СБИС / sbis / rost / rost_tr

Преимущества кремниевой технологии. Требования к кремнию...Преимущества кремниевой технологии.

Требования к кремнию как материалу

для микроэлектронной промышленности Полупроводниковая технология начала свое становление с 1946 года, когда Бардин и Шокли изобрели биполярный транзистор. На первом этапе развития микроэлектронного производства в качестве исходного материала использовался германий. В настоящее время 98% от общего числа интегральных схем изготавливаются на основе кремния.

Кремниевые полупроводниковые приборы по сравнению с германиевыми имеют ряд преимуществ:

Si p-n переходы обладают низкими токами утечки, что определяет более высокие пробивные напряжения кремниевых выпрямителей;

у кремния более высокая, чем у Ge область рабочих температур (до 150 и 70 градусов Цельсия соответственно);

кремний является технологически удобным материалом: его легко обрабатывать, на нем легко получать диэлектрические пленки SiO2, которые затем успешно используются в технологических циклах;

кремниевая технология является менее затратной. Получение химически чистого Si в 10 раз дешевле, чем Ge.

Вышеперечисленные преимущества кремниевой технологии имеют место в связи со следующими его особенностями:

большое содержание кремния в виде минералов в земной коре (25% от ее массы);

простота его добычи (содержится в обычном речном песке и кремнеземе) и переработки;

существование "родного" не растворимого в воде окисного слоя SiO2 хорошего качества;

большая, чем у германия ширина запрещенной зоны (Eg = 1.12 эВ и Eg = 0.66 эВ соответственно).

Исходным сырьем для микроэлектронной промышленности является электронный поликристаллический кремний, из которого затем получают монокристаллические слитки, обладающие необходимыми электрофизическими свойствами. После проведения подготовительных технологических циклов (механической обработки слитков, подготовки основных и дополнительных базовых срезов, резки слитка кремния на пластины, травления поверхности и полировки) он должен обладать следующими свойствами:

быть химически чистым полупроводником (например, концентрация бора или углерода в кремнии не должна превышать 10-7 ат.% и 2·10-4 ат.% соответственно);

обладать свойствами монокристалла и иметь малое число дефектов;

иметь однородные свойства по объему, в частности, относительно контролируемой концентрации легирующей примеси;

иметь идеальную поверхность, необходимую для реализации планарной технологии.

В окончательном виде кремний представляет собой зеркально отполированную с одной стороны монокристаллическую пластину диаметром 15 - 40 см, толщиной 0.5 - 0.6 мм с различной ориентацией поверхности. Дополнительный и основные срезы сделаны для более легкого распознавания пластин с разным типом проводимости и ориентацией поверхности.

Справка: Физические свойства германия и кремния.

ПараметрыГерманийКремнийАтомный номер3214Атомная масса72,5828,08Постоянная решетки, нм0,56470,5430Кристаллическая структураГранецентри-

рованнаяКубическая (типа алмаза)ЦветСеребристыйСерыйКоличество атомов в 1 см34,52·10224,99·1022Плотность при 298 К, г/см35,322,331Твердость по шкале Мооса6,257,0КовкостьХрупкийХрупкийДиэлектрическая проницаемость e1612Показатель преломления света на дине волны 3...6 мкм4,068...4,1433,42Работа выхода электронов, эВ4,784,8Ширина запрещенной зоны DE при 298 К, эВ0,7441,153Температура плавления, °C9401415Температура кипения, °C27002600Скрытая теплота плавления, кДж/моль33,7±0,845,5±0,8Скрытая теплота парообразования, кДж/моль (при 1173 К)371±8440±50Теплоемкость C, Дж/(моль·К), при температуре 90 К11,15,2Теплоемкость C, Дж/(моль·К), при температуре 300 К22,819Линейный коэффициент теплового расширения, К-1 в интервале температур 273...573 К6,1·10-64,2·10-6Линейный коэффициент теплового расширения, К-1 в интервале температур 573...723 К6,6·10-64,2·10-6Теплопроводность, Вт/(м·К) при 298 К58,3109Удельное сопротивление при 298 К, Ом·см472·105Концентрация электронов (дырок) при 300 К, см-31,95·10131,27·1010Подвижность электронов (дырок) при 298 К, см2/(В·с)36001300Коэффициент диффузии электронов при 298 К, см2/с9330Коэффициент диффузии дырок при 298 К, см2/с4412Магнитная восприимчивость-1,1·10-7-1,3·10-6Энергия ионизации легирующих примесей E1, эВ0,010...0,0130,033...0,07