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.