14 Послідовність формування та схема технологічного процесу виготовлення німс з діелектричною ізоляцією.

Рис. 5 .

Монокристалічна пластина кремнію з провідністю п - типу на початковій стадії технологічного процесу піддається такій обробці : спочатку на звільнену від оксиду поверхню заноситься тонкий епітаксіальний або дифузійний шар з провідністю п+ з наступним окисленням поверхні (рис. 1. ) Використовуючи фотолітографію, у шарі оксиду травляться вікна по контуру майбутніх елементів ( рис.2. ) Далі травиться кремній на глибину, яка відповідає майбутнім елементам ( до 20 мкм ), а потім отримана рельєфна поверхня окислюється ( рис. З.). На поверхню пластини наноситься шар полікристалічного Sі великої товщини, (до 0,5 - 1,0 мм ) ( рис.4.) Обернена сторона пластини шліфується, на нову товщину, аж до дна канавок. Потім поверхня полірується та окислюється ( рис.5 ). Ізоляція елементів забезпечується окисним шаром SіО2. Таким чином, маємо ізольовані одну від другої області для окремих елементів. На наступних етапах формується структура решти областей транзисторів. Для створення базової області відкриваються вікна прямокутної форми у шарі оксиду методом фотолітографії ( рис.6. ). (Рис. 6 - 11 подаємо в спрощеному вигляді) . Потім за допомогою термічної дифузії формуються області з провідністю р - типу, далі пластина окислюється ( рис.7 ). Подібним чином виготовляють емітер ну область та приконтактну ділянку колектора ( рис.8,9.) Далі термічним напиленням наноситься шар провідника ( алюмінію ) ( рис. 11) Після цього здійснюється травлення шару металу. При цьому використовується фотолітографія. Даний рисунок ілюструє готову транзисторну структуру. ( рисю12. ) Рис. 10 Рис.11

15Впровадження домішки у напівпровідниках шляхом термічної дифузії.

Для надання окремим, топологічно визначеним ділянкам напівпровідникової пластини відповідних електрофізичних властивостей при виготовленні мікросхем застосовується термодифузія.

Якщо в кремній ввести п`ятивалентний елемент ( наприклад: фосфор, стибій ), то чотири з п`яти електронів вступлять у зв`язок з чотирма \електронами сусідніх атомів кремнія і утворять оболонку з 8-и електронів. Дев`ятий електрон легко відривається від ядра п`ятивалентного елемента і стає вільним.( Атом домішки перетворення в нерухомий іон із зарядом плюс) Ці вільні електрони додаються до власних вільних електронів. Тому провідність стає електронною. Такі провідники називаються електронними або провідниками n – типу. Домішки, які обумовлюють таку провідність називаються донорними ( вони „віддають” електрони в гратку ) - див. рис. 1.

Вільний електрон Рис. 1. Заміщення атомами домішок основних атомів решітки. а) донорна домішка ( утворюється вільний електрон );

Вільна дірка б) акцепторна домішка ( утворюється вільна дірка ).

Якщо ввести в кремній атом тривалентного елемента ( наприклад: барію, галію або алюмінію ), то всі його три валентні електрони вступлять у зв`язок з чотирма електронами сусідніх атомів кремнію.

Для утворення стійкої восьмиелектронної оболонки потрібний додатковий електрон. Такий електрон відбирається від найближнього атома кремнія. В результаті утворюється незаповнений зв`язок – дірка, а атом домішки перетворюється в нерухомий іон з одиничним від`ємним зарядом. Такі напівпровідники називають «дірковими» або p – типу.

Процес введення домішки найчастіше проводиться методом термодифузії.

Для інтенсифікації процесу пластина підігрівається до високої температури.

Теоретичною основою процесу дифузії є два закони Фіка. Перший закон Фіка стверджує: якщо в замкнутому середовищі має місце градієнт концентрації речовини, то виникає потік, густина якого для одновимірного напряму потоку визначається за формулою:

де D – коефіцієнт дифузії дифундуючої речовини; N - концентрація дифундуючої речовини. Знак мінус у даній формулі означає, що потік виникає в напрямку зменшення концентрації.

Коефіцієнт дифузії є величина залежна від температури. Ця залежність описується рівнянням:

де D₀ – температурно незалежний коефіцієнт, або коефіцієнт дифузії речовини при

температурі рівній нескінченності; E_a – енергія активації дифундуючої речовини, T – температура при якій проводиться процес дифузії.

Крім температури, процес дифузії є залежним також від часу, що не відображені в першому законі Фіка. Отже, при наявності градієнту концентрації виникає потік, що визначає залежність концентрації речовини в даному середовищі від часу, поки не встановиться рівновага. Якщо розглядати цей процес в одномірному просторі і виходити із закону збереження маси, то зміна концентрації в часі буде визначатися зміною потоку з віддаллю:.

Ця формула відображає суть другого закону Фіка .

Аналізуючи закони Фіка, можливо одержати дані про розподіл дифундуючої домішки в напівпровідниковій пластині, як в просторі, так і в часі, що є дуже важливим при розрахунку і електричних характеристик елементів напівпровідникових інтегрованих мікросхем.