3. Напівпровідникові матеріали для виготовлення імс

Напівпровідникову інтегральну мікросхему виготовляють у приповерхневому шарі напівпровідникового монокристала, створюючи в ньому зони, які виконують роль елементів (резисторів, провідників, транзисторів, діодів, конденсаторів тощо).

Для прикладу розглянемо технологію виготовлення напівпровідникових ІМС у приповерхневому шарі кремнієвої пластини (рис. 25.1).

Рисунок 25.1 – Технологічна схема виробництва напівпровідникових ІМС

Напівпровідникові ІМС виготовляють у приповерхневому шарі тонкої пластини, вирізаної з монокристала кремнію. Вибір кремнію зумовлений його властивостями.

Кремній порівняно з іншими напівпровідниками має більш високу температуру плавлення (1415 °С), стійкий до хімічних впливів, його ба­гато в природі (27,6 % маси земної кори), має високу механічну міц­ність, твердість, не піддається корозії, відносно легко очищується від домішок, має стабільний оксид (SiO₂), можна отримати монокристали кремнію з однорідною структурою без внутрішніх напружень та оптич­них дефектів, з правильною кристалічною решіткою та дуже чистою (малошорсткою) поверхнею. Всі ці властивості дуже важливі для виробництва якісних ІМС.

Для виробництва ІМС використовують монокристали кремнію у вигляді круглих пластин діаметром 100 – 120 мм і товщиною 200 – 400 мкм.

Отримання кремнію. У природі вільного кремнію немає. Сирови­ною для отримання кремнію є кварцовий пісок, який містить кремній у вигляді діоксиду (SіО₂). Попередньо очищений пісок відновлюють за допомогою вуглецю:

SiO₂ +С→Si + СО₂.

Отриманий кремній містить до 2 % домішок (інших хімічних елементів), які змінюють його властивості, а відповідно негативно впливають на якість роботи мікросхем.

Очищення кремнію. Очищують кремній від домішок соляною кис­лотою, воднем та іншими речовинами. Проте очищений хімічним спо­собом кремній не задовольняє вимог, які ставляться до матеріалів, що використовуються в мікроелектроніці. Кінцевим очищенням кремнію є безтигельне зонне переплавлення, яке ще називають зонним очи­щенням.

З очищеного кремнію вирощують монокристали. Кремній плавлять (Т_пл = 1420 °С). Отримані монокристали ріжуть на пластини, одну з поверхонь яких шліфують, полірують, промивають, висушують, і готові (чорні, блис­кучі) пластини відправляють для виготовлення ІМС.

114