Курсовая работа: Технология изготовления кристаллов полупроводниковых интегральных микросхем
1.Оптимальное значение ширины запрещенной зоны, которая обусловила достаточно низкую концентрацию собственных носителей и высокую рабочую температуру.
2.Большой диапазон реально достижимых удельных сопротивлений в пределах от 10-3 Ом-см (вырожденный) до 105 (близкий к собственному).
3.Высокое значение модуля упругости, значительная жесткость (большая, чем, например, у стали).
4.Оптимально высокая температура плавления, следующая из высокого значения модуля упругости и энергии связи.
5.Малая плотность (2,3 г/см3 ) и низкий ТКЛР 3·10-6 К-1 .
6.Высокая теплопроводность (до 140 Вт/К·м, что близко к коэффициенту теплопроводности железа).
7.Тензочувствительность—существенное изменение удельного сопротивления при упругой деформации.
8.Высокая растворимость примесей, причем примеси несильно искажают решетку кристалла.
1.4 Обоснование применения монокристаллического кремния
В производстве ИМС Обычно используются полупроводниковые материалы в виде монокристаллических слитков, имеющих форму, близкую к цилиндрической. Размеры слитков, зависят от метода их выращивания и типа полупроводникового материала.
В настоящее время большинство полупроводниковых ИМС изготовляют на основе монокристаллического кремния, хотя в отдельных случаях используют германий. Это объясняется тем, что кремний по сравнению с германием обладает рядом физических и технологических преимуществ, важных для создания элементов ИМС. Физические преимущества кремния по сравнению с германием проявляются в следующем:
— кремний имеет большую ширину запрещенной зоны и меньшие обратные токи переходов, что уменьшает паразитные связи между элементами ИМС, позволяет создавать микросхемы, работоспособные при повышенных температурах (до +120°С) и микромощные схемы, работающие при малых уровнях рабочих токов (менее 1 мкА);
— кремниевые транзисторы имеют более высокое пороговое напряжение, а, следовательно, логические схемы на этих транзисторах характеризуются большой статической помехоустойчивостью;
— кремний характеризуется меньшей диэлектрической проницаемостью, что обусловливает меньшие значения барьерных емкостей переходов при той же их площади и позволяет увеличить быстродействие ИМС.
Кремний — прочный и жесткий материал, в монокристаллическом состоянии пригодный для изготовления чувствительных элементов прецизионных широкодиапазонных датчиков в виде консолей, мембран очень малой толщины—вплоть до 1...3 . Такие элементы могут массово производиться методами, разработанными в технологии ИС. Они обеспечивают резкое ускорение развития средств автоматики, печатной техники.
Сырье для получения кремния имеется всюду в неограниченных количествах: содержание его в земной коре превышает 26%.
Кремний нетоксичен в большинстве своих химических соединений, и его производство не сопровождается получением загрязняющих окружающую среду отходов, тем более что благодаря низкой материалоемкости микроэлектроники объем его производства будет всегда очень малым, несопоставимым с масштабами металлургических и химических производств.
Таблица 1 — Некоторые свойства германия и кремния
Свойства | Единица измерения | Германий | Кремний |
Температурный коэффициент линейного расширения(0-1000 С) | град -1 | 6,0·10-6 | 4,2·10-6 |
Предельная рабочая температура | 0 С | 70 - 80 | 120 - 150 |
Температура плавления | 0 С | 936 | 1414 |
Удельная теплопроводность | Вт/см·град | 0,55 | 0,8 |
Удельная теплоемкость(0-1000 С) | кал/г·град | 0,08 | 0,17 |
Плотность при 200 С | г/см3 | 5,3 | 2,3 |
Удельное сопротивление при 200 С | Ом·см | 68 | ~1012 |
Ширина запрещенной зоны | эВ | 0,72 | 2 |
1. 5 Технология получения монокристаллического кремния
Производство монокристаллического кремния происходит в два этапа:
1.5.1 Получение кремния полупроводниковой чистоты
1) Восстановительная плавка сырья
Восстановительная плавка сырья, содержащего оксид кремния в виде кварцита, в электропечах при температуре 2273К (около 2000°):
SiO2 +C = Si+2CO
В результате первой же операции получают элементарный кремний, однако его чистота еще очень низка и содержание основного вещества составляет около 99%. Кремний из-за высокой температуры плавления и реакционной способности по отношению к любым контейнерным материалам очистке не поддается.
2) Перевод технического кремния в соединения, удобные для глубокой очистки SiCl4 , SiHCl3 или SiH4
Для получения хлорида кремния и хлорсилана используются реакции хлорирования:
Si+2Cl2 SiCl4
Si+3HClSiHCl3 +H2
Моносилан получают из предварительно изготовленного кремний-магниевого сплава:
Mg2 Si+4NH4 ClSiH4 +2MgCl2 +4NH3
3) Глубокая очистка.