Министерство образования Московской области

ГОУ ВПО МО «Международный университет природы,

общества и человека «Дубна»

Институт системного анализа и управления

Кафедра персональной электроники

В.Н. Горбунова

Физико-химические основы технологии РЭС

Методическое пособие к курсовому проектированию

Дубна, 2010

УДК 621.382

ББК 32.36

Р69-3

Горбунова В.Н.

Физико-химические основы технологии РЭС. Методические указания к курсовому проектированию./В.Н.Горбунова – М. : ВНИИ-геосистем, 2010. – ххх с. : ил.

ISBN хххххххххххх

Аннотация

Определены цель и задачи курсового проекта, его объем и содержание. Указаны порядок выполнения и требования к его оформлению. Даны рекомендации к выполнению основных этапов курсовой работы. Предложены исходные данные для типовых технических заданий курсового проекта и контрольные задания к защите курсового проекта.

Пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальностям: 210200 «Проектирование и технология электронных средств»

ISBN ххххххххххх ©Горбунова В.Н., 2010

Курсовой проект по физико-химическим основам технологии РЭС является завершающим этапом работы студентов над изучаемой дисциплиной. Он включает расчет режимов технологического процесса формирования биполярной структуры, а также расчет распределения примесей в кремнии при диффузионном легировании и ионной имплантации.

Основная цель курсового проектирования заключается в закреплении и расширении теоретических знаний студентов, в приобретении ими навыков по решению инженерных задач.

Настоящие методические указания составлены с целью дать ответы на возникающие вопросы студентов, приступающих к выполнению курсового проекта. В них приведены уравнения, справочные данные и литературные источники, пользуясь которыми студенты проводят расчеты, а также указаны последовательность и содержание этих расчетов.

Оценивается курсовой проект с учетом качества выполнения, уровня защиты и степени самостоятельности при работе.

Введение

Практически на любом этапе производства электронных средств имеют место диффузионные процессы, протекающие в газовых, жидких и твердых фазах. Это, например, процессы жидкофазной эпитаксии, связанные с молекулярной диффузией, легирование полупроводников, зародышеобразование, химическое осаждение из газовой фазы и т.д. И даже в случае если диффузионные процессы не используются целенаправленно, они практически всегда сопутствуют другим процессам, и их необходимо принимать во внимание.

Особо важную роль диффузионные процессы играют в полупроводниковой технологии при создании p – n переходов, формировании базовых и эмиттерных областей транзисторов, областей истока и стока в МОП- структурах. При этом решаются задачи управления концентрацией легирующей примеси в подложке и обеспечения однородности легирования и воспроизводимости процесса.

Для осуществления диффузии обычно полупроводниковые пластины помещают в нагретую до высокой температуры кварцевую трубу диффузионной печи. Через трубу пропускают пары легирующей примеси, которые адсорбируются на поверхности пластин и диффундируют в кристаллическую решетку полупроводника.

Отличительной особенностью диффузии при изготовлении микросхем является то, что примеси вводят в полупроводниковую пластину локально в ограниченные защитной маской окна, а сам процесс осуществляют в две стадии: предварительная загонка нужного количества примеси в приповерхностный слой пластины и последующая разгонка атомов примеси на требуемую глубину до необходимого уровня концентрации.

Диффузия является детально изученным методом легирования и наиболее и широко применяется на практике.

В начале 60-х годов на стыке физики полупроводников и физики атомных столкновений возникло новое научно-техническое направление — ионное легирование полупроводников, имеющее большое значение для полупроводниковой электроники.

Ионная имплантация-это управляемое введение атомов примеси в поверхностный слой подложки путем бомбардировки ее ионами с энергией от нескольких килоэлектрон-вольт до нескольких мегаэлектрон-вольт .

Интерес к методу ионного легирования (ионно-лучевого легирования) вызван тем, что он обладает рядом существенных преимуществ по сравнению с диффузией.

Метод ионной имплантации позволяет:

• точно и воспроизводимо дозировать внедряемую примесь за счет контроля ионного тока пучка и времени облучения;

• получать высокую точность глубины залегания p-n переходов (до 0,02 мкм)

• создавать практически любые профили распределения за счет ступенчатого легирования, т.е. изменения энергии и (или) рода легирующего элемента;

• формировать скрытые легированные слои;

• совмещать процесс ионной имплантации с другими эмиссионными процессами (ионно-плазменным осаждением, ионным травлением и т.д.);

• создать особо чистые условия, исключающие загрязнение подложек посторонними примесями;

• возможность полной автоматизации.

Однако ионная имплантация имеет недостатки и ограничения:

• нарушение кристаллической структуры полупроводниковых подложек, появление радиационных дефектов, для устранения которых и восстановления нарушенной структуры необходима дополнительная технологическая операция-отжиг;

• трудно воспроизводимы глубокие легированные области;

• оборудование ионно-лучевых установок дорого и сложно, что обусловлено необходимостью применять высокий вакуум (10-4 Па) и высокие напряжения, а также устройства препарирования примеси (испарители, ионизаторы, сепараторы).

Тем не менее, именно с помощью методов ионной имплантации оказалось возможным создавать быстродействующие биполярные транзисторы СВЧ-диапазона, мощные малошумящие транзисторы с высокими воспроизводимыми параметрами, расширяются возможности современных сверхбольших интегральных схем.