При изготовлении ИМС применение получили кремний, германий, арсенид и фосфид галлия, антимонид индия, карбид кремния. Наиболее распространёнными в этой области является кремний, однако применение в изготовлении ИМС находят многие из перечисленных выше соединения.
Арсенид галлия GaAs, обладающий более высокой подвижностью электронов и большей шириной запрещенной зоны. Его применяют в ИС высокого быстродействия , в частности в микросхемах СВЧ, но главным образом для изготовления дискретных приборов СВЧ. Широкому применению этого материала в микроэлектронной технологии препятствует сложность его получения и обработки. Арсенид галлия GaAs , фосфид галлия GaP, карбид кремния SiC служат для изготовления светодиодных структур в оптоэлектронных ИС. Антимонид индия InSb , имеющий очень высокую подвижность электронов, является перспективным материалом для создания ИС очень высокого быстродействия. Однако из-за малой ширины запрещенной зоны этого полупроводника работа таких микросхем возможна только при глубоком охлаждении [7].
Кремний кристаллизуется в структуре алмаза. В химическом отношении при комнатной температуре он является весьма инертным веществом – не растворяется в воде и не реагирует со многими кислотами в любых количествах, устойчив на воздухе даже при температуре 900ºС, при повышении температуры – окисляется с образованием двуокиси кремния. Вообще, при нагревании кремний легко реагирует с галогенами, хорошо растворим во многих расплавах металлов. Атомы элементов валентностью 3,5 являются донорами и акцепторами, создавая мелкие уровни в запрещенной зоне. Элементы 1,2,6,7 вносят глубокие уровни в запрещенную зону и вносят изменения во время жизни неосновных носителей заряда. Акцепторный уровень расположен в верхней половине запрещенной зоны [5, стр.145-156].
В разрабатываемой МС в качестве подложки будет применяться кремний, у которого следующие преимущества перед германием:
1. Большая ширина запрещённой зоны, что даёт возможность создавать резисторы с большими номинальными значениями;
2. Более высокие рабочая температура и удельные нагрузки;
3. Транзисторы работают при значительно больших напряжениях;
4. Меньшие токи утечки в p-n- переходах;
5. Более устойчивая к загрязнениям поверхность;
6. Плёнка двуокиси кремния, созданная на его поверхности, имеет коэффициенты диффузии примесей значительно меньше, чем сам кремний [5. стр. 135-144,144-156].
Для разработки интегральной микросхемы генератора напряжения будем использовать следующие элементы и их соединениями: в качестве полупроводниковой пластины будем использовать кремний. В качестве акцепторной примеси будем использовать бор; фосфор и сурьма – как донорную примесь. В качестве изолирующего диэлектрика будет применяться двуокись кремния SiO2, которая в свою очередь характеризуется следующим:
1. образует равномерное, сплошное, прочное покрытие на поверхности монокристаллического кремния; допускает строгий контроль толщины и имеет коэффициент термического расширения, примерно равный такому же коэффициенту кремния;
2. защищает кремний от диффузии;
3. является изоляционным материалом с достаточной величиной диэлектрической постоянной;
4. легко стравливается или удаляется с локальных участков;
5. обеспечивает защиту поверхности кремния.
В полупроводниковых МС межэлементные связи осуществляются с помощью плёночных проводников. Материалы проводников должны обеспечивать низкоомный контакт к кремниевым электродам, обладать хорошим сцеплением с диэлектриком и кремнием, быть металлургически совместимым с материалами, которые применяются для присоединения внешних выводов к контактным площадкам. Основными материалами при получении соединений для полупроводниковых ИМС является золото и алюминий. В некоторых случаях находят применения никель, хром, серебро. Основным недостатком золота является его плохая адгезия к плёнке двуокиси кремния. Поэтому в качестве материала для разводки и контактных площадок будем применять алюминий, который обладает хорошей адгезией к кремнию и его оксиду, хорошей электропроводностью, легко наносится на поверхность ИМС в виде тонкой плёнки, дешевле. В качестве внешних выводов будем применять золотую проволоку, поскольку алюминий характеризуется пониженной механической прочностью.
Необходимо отметить, что одним из критериев выбора материала для подложки являются определенные требования, предъявляемые к подложкам в течение всего процесса изготовления микросхемы. Электрофизические характеристики монокристаллических полупроводниковых пластин и их кристаллографическая ориентация должны обеспечивать получение микросхем с заданными свойствами. Исходя из этого, на этапе проектирования выбирают необходимую ориентацию и марку полупроводникового материала, а в процессе изготовления пластин выполняют контроль кристаллографической ориентации и основных электрофизических параметров. В случае необходимости пластины классифицируют по значениям электрофизических параметров. Основные требования к пластинам кремния представлены в таблице 2.4
Таблица 2.4 - Основные требования к пластинам кремния[9, стр. 319]
|
Характеристика пластин |
Диаметр, мм |
Допустимые значения |
|
Точность кристаллографической ориентации рабочей поверхности Отклонение диаметра Отклонение толщины от номинала в партии Отклонение толщины от номинала по пластине Длина базового среза Длина дополнительных срезов Непараллельность сторон (клиновидность) |
76; 100 76 100 76; 100 76; 100 76 100 76 100 76; 100 |
±0,5° ±0,5 мм ±(0,5…0,8) мм ±(10…20) мкм ±(5…10) мкм 20…25 мм 30…35 мм 9…11 мм 16…20 мм ±0,5 % |
|
Неплоскостность Прогиб в исходном состоянии Прогиб после термоиспытаний Шероховатость рабочей стороны Шероховатость нерабочей стороны Механически нарушенный слой Адсорбированные примеси Атомы, ионы Молекулы |
76 100 76 100 76 100 76; 100 76; 100 76; 100 76; 100 |
4…9 мм 5…9 мм 15…30 мм 20…40 мм 50 мкм 60 мкм Rx ≤ 0.05 мкм Ra ≤ 0.5 мкм Шлифовано-травленная Полное отсутствие Меньше 1012…1014 атом/см2; ион/см2 Менее одного монослоя |
Отметим также, что проведение различных операций, таких как резка, шлифование свободным абразивом, механическое полирование и др. сопровождается нарушением слоя кремния у поверхности подложки и вглубь ее, что приведет к неправильным результатам дальнейших процессов. Поэтому существуют некоторые стандарты нарушения поверхности пластин кремния, которые недопустимо превышать. Ниже представлена таблица, которая содержит оптимальные нарушения поверхности подложки кремния[9].
Таблица 2.5 - Глубина нарушенного слоя пластин кремния после механических обработок
|
Технологические операции |
Условия обработки |
Глубина нарушенного слоя, мкм |
|
Резка алмазным кругом с внутренней режущей кромкой Шлифование Шлифование и полирование Химико – механическое полирование |
Зернистость режущей кромки АСМ 60/53; n=4000 об/мин-1; подача 1 мм/мин Свободный абразив – суспензии порошка: ЭБМ-10 ЭБМ-5 Связанный абразив – круг АСМ 28 Алмазная паста: АСМ-3 АСМ-1 АСМ-0,5 Суспезия аэросила, SiO2 зерно 0,04…0,3 мкм Суспензия ZrO2 0,1…0,2мкм Суспензия α-Аl2O3 0.05…1мкм Суспензия цеолита |
20…30 11…15 7…9 14…16 6…9 5…6 1…2 1…1,5 - - 1…2 |
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13
