Реферат: Электронные и микроэлектронные приборы

<img src="/cache/referats/2467/image001.gif" v:shapes="_x0000_s1071">Государственный комитет Российской Федерации
по высшему образованию

Московский государственныйоткрытый университет

Реферат
       Электронныеи микроэлектронные приборы

  Студента 2курсазаочного отделения  ФАРЭ

     1998г.

<img src="/cache/referats/2467/image002.gif" v:shapes="_x0000_s1070">

<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family: «Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language: AR-SA">

Задание.

1.<span Times New Roman"">   

 Изложить процессы окисления кремния в порахводы и в сухом кислороде.

2.<span Times New Roman"">   

 Какие существуют типы резисторовполупроводниковых ИС? Дать их сравнительную характеристику.

3.<span Times New Roman"">   

 Нарисовать принципиальную схемуэлемента КМОП-логики. Пояснить принцип действия иобласть применения.  Опешите принципдействия и устройство тетрода. В чем назначение второй сетки тетрода? Видытетродов.
1. Процессы окисления кремния в парахводы и в сухом кислороде

Благодаря своим уникальнымэлектрофизическим свойствам двуокись кремния находит широкое применение наразличных стадияхизготовления СБИС. Слои SiO2 используется как:

   1.маска для диффузиилегирующих примесей

   2.для пассивации поверхностиполупроводников

   3.для изоляции отдельныхэлементов СБИС друг от друга

   4.в качестве подзатворного диэлектрика

   5.в качестве одного измногослойных диэлектриков в производстве КМОП элементов памяти

   6. вкачестве изоляции в схемах с многослойной металлизацией

   7. каксоставная часть шаблона для рентгеновской литографии

Среди преимуществ,обуславливающих использование этого диэлектрика, следует выделить то, что SiO2является «родным» материалом длякремния, легко из негополучается путем окисления, не растворяется в воде, легко воспроизводится иконтролируется.

Термическоеокисление кремния

Слой двуокиси кремнияформируется обычно на кремниевой пластине за счет химического взаимодействия вприповерхностной областиполупроводника атомов кремния и кислорода. Кислородсодержится в окислительной среде, с которой контактирует поверхность кремниевойподложки, нагретой в печи дотемпературы T = 900 — 1200 С. Окислительной средой может быть сухой или влажныйкислород. Схематично

вид установки показан на рис. 1.

<img src="/cache/referats/2467/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1025">

Ðèñ. 1.

Химическая реакция, идущая на поверхности кремниевойпластины, соответствует одному из следующих уравнений:

     окислениев атмосфере сухого кислорода: Siтверд.+ O2= SiO2

     окислениев парах воды: Siтверд.+2H2O = SiO2 + 2H2.

Окисление происходит гораздо быстрее в атмосферевлажного кислорода, поэтому его используют для синтеза более толстых защитныхслоевдвуокисикремния.

Методом радиоактивного маркера показано, что ростSiO2 происходит за счет диффузии кислорода к поверхности кремния.Выход SiO2 заграницы начального объема, занимаемого кремнием,обусловлен их разными плотностями. Физика термического окисления может бытьобъяснена с помощью достаточно простой модели Дила-Гроува,поясняемой с помощью рис. 2.

<img src="/cache/referats/2467/image006.gif" v:shapes="_x0000_i1026">

Ðèñ. 2.

Ïðîöåññîêèñëåíèÿïðîèñõîäèòíà ãðàíèöå Si — SiO2,ïîýòîìóìîëåêóëûîêèñëèòåëÿäèôôóíäèðóþò÷åðåç âñåïðåäâàðèòåëüíîñôîðìèðîâàííûå

ñëîèîêèñëà èëèøü çàòåìâñòóïàþò âðåàêöèþ ñêðåìíèåì íàåãî ãðàíèöå.Ñîãëàñíî çàêîíóÃåíðè,ðàâíîâåñíàÿêîíöåíòðàöèÿòâåðäîé ôàçû

ïðÿìîïðîïîðöèîíàëüíàïàðöèàëüíîìóäàâëåíèþãàçà P:

C*=HP,ãäå

     C*-ìàêñèìàëüíàÿêîíöåíòðàöèÿîêèñëèòåëÿ âãàçå äëÿ äàííîãîçíà÷åíèÿäàâëåíèÿ P,

     H — ïîñòîÿííûéêîýôôèöèåíòÃåíðè.

Âíåðàâíîâåñíîìñëó÷àåêîíöåíòðàöèÿîêèñëèòåëÿíàïîâåðõíîñòèòâåðäîãîòåëà ìåíüøå,÷åì C*.

ÏîòîêF1îïðåäåëÿåòñÿðàçíîñòüþìåæäó ìàêñèìàëüíîéè ðåàëüíîéïîâåðõíîñòíîéêîíöåíòðàöèéîêèñëèòåëÿ:

F1=h(C*-C0),ãäå

     C0 — ïîâåðõíîñòíàÿêîíöåíòðàöèÿîêèñëèòåëÿ,

     h — êîýôôèöèåíòïåðåíîñà.

Çíà÷åíèåêîíöåíòðàöèèîêèñëèòåëÿ C0çàâèñèò îòòåìïåðàòóðû,ñêîðîñòèãàçîâîãî ïîòîêàèðàñòâîðèìîñòèîêèñëèòåëÿ âSiO2.

Äëÿ òîãî÷òîáûîïðåäåëèòüñêîðîñòüðîñòà îêèñëà,ðàññìîòðèìïîòîêèîêèñëèòåëÿ âîáúåìåîêèñëà (F2) è íàåãî ãðàíèöåñ êðåìíèåì (F3).

Ñîãëàñíîçàêîíó Ôèêà,ïîòîê ÷åðåçîáúåì îêèñëàîïðåäåëÿåòñÿãðàäèåíòîìêîíöåíòðàöèèîêèñëèòåëÿ:

F2=-D(dC/dz)=D(C0-Ci)/z0,( 1 )

     ãäå Ci — êîíöåíòðàöèÿîêèñëèòåëÿ âìîëåêóëàõíàêóáè÷åñêèéñàíòèìåòðïðè z = z0,

     D — êîýôôèöèåíòäèôôóçèèïðè äàííîéòåìïåðàòóðå,

     z0 — òîëùèíàîêèñëà.

Âåëè÷èíàïîòîêà (F3) íàãðàíèöåîêèñëà ñ ïîëóïðîâîäíèêîìçàâèñèò îòïîñòîÿííîé Kñêîðîñòèïîâåðõíîñòíîéðåàêöèè èîïðåäåëÿåòñÿêàê:

F3=kCi( 2 )

Ïðèñòàöèîíàðíûõóñëîâèÿõýòè ïîòîêèðàâíû, òàê÷òî F3 = F2 = F1 = F.Ñëåäîâàòåëüíî,  ïðèðàâíÿâñîîòíîøåíèÿ( 1 ) è ( 2 ), ìîæíîâûðàçèòü

âåëè÷èíûCi è C0 ÷åðåç C*:

<img src="/cache/referats/2467/image007.gif" v:shapes="_x0000_i1027">

 

(3)

Для того чтобы определить скорость роста окисла,представим уравнение потока на границе SiO2 — Siв следующей форме:

<img src="/cache/referats/2467/image009.gif" v:shapes="_x0000_i1030">

(4)

Ñêîðîñòüðîñòàîêèñëàîïðåäåëÿåòñÿïîòîêîì (F3) èêîëè÷åñòâîììîëåêóëîêèñëèòåëÿ (Ni),íåîáõîäèìûìäëÿîáðàçîâàíèÿîêèñëà âåäèíè÷íîìîáúåìå.Ïîñêîëüêóêîíöåíòðàöèÿìîëåêóë SiO2 âîêèñëåðàâíà 2,2*1022 ñì-3,òî äëÿïîëó÷åíèÿäâóîêèñèêðåìíèÿ òðåáóåòñÿêîíöåíòðàöèÿìîëåêóëêèñëîðîäà ðàâíàÿ2,2*1022  ñì-3èëèêîíöåíòðàöèÿìîëåêóë âîäû4,4*1022 ñì-3.

Ñîîòíîøåíèåìåæäóâåëè÷èíàìè z0è tîïðåäåëÿåòñÿèíòåãðàëîì

<img src="/cache/referats/2467/image010.gif" v:shapes="_x0000_i1028">

Ñëåäîâàòåëüíî,äëÿ ìàëûõâðåìåíîêèñëåíèÿòîëùèíàîêèñëàîïðåäåëÿåòñÿïîñòîÿííîéñêîðîñòèïîâåðõíîñòíîéðåàêöèè K èïðÿìîïðîïîðöèîíàëüíàâðåìåíèîêèñëåíèÿ (8).Äëÿ áîëüøèõâðåìåíîêèñëåíèÿñêîðîñòüðîñòàçàâèñèò îòïîñòîÿííîéäèôôóçèè D (9), àòîëùèíàîêèñëàïðîïîðöèîíàëüíàêîðíþêâàäðàòíîìóèç âðåìåíèïðîöåññà. Îòìåòèì,÷òîíàèáîëåå÷àñòîèñïîëüçóåòñÿòîëùèíàîêèñëà,ñîñòàâëÿþùàÿäåñÿòûå äîëèìèêðîíà, àâåðõíèéïðåäåë ïîòîëùèíå äëÿ îáû÷íîãîòåðìè÷åñêîãîîêèñëåíèÿñîñòàâëÿåò 1 — 2ìêì. Çíà÷èòåëüíûìäîñòèæåíèåìïîñëåäíåãîâðåìåíèÿâèëîñüäîáàâëåíèåâîêèñëèòåëüíóþñðåäó âïðîöåññåîêèñëåíèÿõëîðñîäåðæàùèõêîìïîíåíòîâ.Ýòî ïðèâåëî êóëó÷øåíèþñòàáèëüíîñòèïîðîãîâîãîíàïðÿæåíèÿïîëåâûõ ÌÄÏ — òðàíçèñòîðîâ,óâåëè÷åíèþíàïðÿæåíèÿïðîáîÿ äèýëåêòðèêîâè ïîâûøåíèþñêîðîñòèîêèñëåíèÿêðåìíèÿ.Ãëàâíàÿ ðîëüõëîðà âïëåíêàõ äâóîêèñèêðåìíèÿ(îáû÷íî ñêîíöåíòðàöèåéõëîðà 1016 — 1020 ñì-3)çàêëþ÷àåòñÿâïðåâðàùåíèèñëó÷àéíîïðîíèêøèõ â SiO2ïðèìåñíûõèîíîâ, íàïðèìåð,íàòðèÿ èëèêàëèÿ âýëåêòðè÷åñêèíåàêòèâíûå.

Плазмохимическоеокисление кремния

Процессы плазменногоокисления металлов и полупроводников заключается в формировании на ихповерхности оксидных слоев припомещении в кислородную плазму образцов. Образцымогут быть изолированными (плазменное оксидирование) или находиться подположительным относительноплазмы потенциалом (плазменное анодирование).

<img src="/cache/referats/2467/image012.gif" v:shapes="_x0000_i1029">

На рисунке изображена  принципиальная схема установки для осуществленияпроцессаплазменного анодирования. Кислородная плазмавозбуждается в объеме 1 генератора плазмы.

Существует несколько видов плазмы, отличающиесяспособом возбуждения.

Тлеющий разрядна постоянном токе.

При этом в объеме 1создается пониженное давление кислорода (обычно 0.1--1 Торр)имеждуэлектродами 2 и 3 прикладывается постоянное напряжение разряда Ud величиной внесколько сотенвольт.

Дуговой разряднизкого давления.

Катод 3 нагревается за счетпропускания через него тока накаливания. Вследствие чеготермоэмиссииэлектронов с поверхности катода облегчается ионизация газоразрядногопромежутка, что приводит кснижению напряжения Ud до величины менее 100 В

ВЧ разряд (радиочастотный разряд).

Плазма возбуждается за счетпоглощения ВЧ мощности генератора, связанного с объемом 1либо индуктивно, либоемкостным способом ( ВЧ напряжение подается на пластины 2 и 3 ).

ÑÂ×ðàçðÿä(ìèêðîâîëíîâûéðàçðÿä).

ÏëàçìàâîçáóæäàåòñÿïðèïîãëîùåíèèÑÂ× ìîùíîñòèãåíåðàòîðà,ñîãëàñîâàííîãîñ îáúåìîì 1 ñïîìîùüþâîëíîâîäà.

Àíîäèðóåìûéîáðàçåö 4íàõîäèòñÿïîä ïîëîæèòåëüíûìîòíîñèòåëüíîïëàçìûïîòåíöèàëîìfà (ïîòåíöèàëîìôîðìîâêè),êîòîðûéïîäàåòñÿ íàîáðàçåö÷åðåçñïåöèàëüíûéêîíòàêò. Ïðèýòîìâåëè÷èíà <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:GreekMathSymbols">f

àìîæåò áûòüîòðèöàòåëüíîéîòíîñèòåëüíîçåìëè,ïîñêîëüêóðàâíîâåñíûéïîòåíöèàë ïëàçìûîòðèöàòåëåí.Âíåøíÿÿïîâåðõíîñòüîêñèäà âðåçóëüòàòåâçàèìîäåéñòâèÿñ ïëàçìîéïðèîáðåòàåò"ñòåíî÷íûé"ïîòåíöèàë fb,

êàêïðàâèëî,îòðèöàòåëüíûéîòíîñèòåëüíîïîòåíöèàëàíåâîçìóùåííîéïëàçìû <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:GreekMathSymbols">f

ï. Åñëèîáðàçåöèçîëèðîâàíîò âíåøíåéýëåêòðè÷åñêîéöåïè(ïëàçìåííîåîêñèäèðîâàíèå),òî åãîïîâåðõíîñòüïðèîáðåòàåò"ïëàâàþùèé"ïîòåíöèàë <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:GreekMathSymbols">ff. Íàëè÷èåàíîäíîãîïîòåíöèàëàfà íà îáðàçöåâûçûâàåòïðîòåêàíèå÷åðåç íåãîàíîäíîãîòîêà Ia (èëèòîêàôîðìîâêè),êîòîðûéñîñòîèò èçèîííîéñîñòàâëÿþùåéIi, âûçûâàþùåéðîñò îêñèäà,èýëåêòðîííîéñîñòàâëÿþùåéIe. ×åì áîëüøåäîëÿ èîííîãîòîêà, òåìýôôåêòèâíååïðîòåêàåòðîñòïëàçìåííûõîêñèäîâ.

Ñâîéñòâàïëàçìåííûõîêèñëîâêðåìíèÿ.

Êðåìíèéÿâëÿåòñÿíàèáîëååõîðîøîèññëåäîâàííûììàòåðèàëîìýëåêòðîííîéòåõíèêè.Îñíîâíûìïðîöåññîìïàññèâàöèèïîâåðõíîñòèêðåìíèåâûõïëàñòèíñëóæèòòåðìè÷åñêîåîêèñëåíèå.Îäíàêî ïî ìåðåïåðåõîäà êèçãîòîâëåíèþñâåðõáîëüøèõèñâåðõáûñòðîäåéñòâóþùèõèíòåãðàëüíûõñõåì (ÑÑÁÈÑ )âîçíèêàåòíåîáõîäèìîñòüâ ñíèæåíèèòåìïåðàòóðûîêèñëèòåëüíûõîáðàáîòîê ñ 1400äî 900...1100 Ê, ïðèêîòîðûõîòñóòñòâóåòíåêîíòðîëèðóåìàÿòåðìîäèôôóçèÿïðèìåñåé èäðóãèåïîáî÷íûåýôôåêòû,ñòèìóëèðóåìûåâûñîêîéòåìïåðàòóðîé. ñâÿçè ñýòèìâíèìàíèåèññëåäîâàòåëåéíà÷èíàþòïðèâëåêàòüïðîöåññûïëàçìåííîãîàíîäèðîâàíèÿè îêèñëåíèÿêðåìíèÿ. Âðàáîòàõÿïîíñêèõ,àìåðèêàíñêèõ,ôðàíöóçñêèõè äðóãèõèññëåäîâàòåëåéïîëó÷åíûïëåíêèïëàçìåííîãîäèîêñèäàêðåìíèÿ, ïîñâîèì ïàðàìåòðàìíåóñòóïàþùèåëó÷øèìòåðìè÷åñêèìîáðàçöàì, àïîýëåêòðè÷åñêîéïðî÷íîñòè èïðåâîñõîäÿùèåèõ.

Ïëàçìåííûåîêñèäûêðåìíèÿíåçàâèñèìîîò ñïîñîáàïîëó÷åíèÿïðåäñòàâëÿþòñîáîé ñòåõèîìåòðè÷åñêèéäèîêñèäêðåìíèÿ SiO2.Èõñòðóêòóðàÿâëÿåòñÿàìîðôíîé, àñâîéñòâàïðèáëèæàþòñÿê ïàðàìåòðàìïëåíîê SiO2,ïîëó÷åííûõìåòîäîìòåðìè÷åñêîãîîêèñëåíèÿêðåìíèÿ.Ïëàçìåííûåîêñèäû,áóäó÷è ñôîðìèðîâàííûìèïðèñóùåñòâåííîáîëåå íèçêèõòåìïåðàòóðàõ,íå îáëàäàþòäåôåêòàìèóïàêîâêè, íåñîçäàþòìåõàíè÷åñêèõíàïðÿæåíèéíà ãðàíèöàõðàçäåëàîêñèä — ïîäëîæêà è âðÿäå ñëó÷àåâèìåþò áîëååñîâåðøåííóþñòðóêòóðóãðàíèöû.Òåðìè÷åñêèåïëåíêè SiO2,ñôîðìèðîâàííûåïðè áîëüøèõñêîðîñòÿõ îêèñëåíèÿ,ñîäåðæàòêëàñòåðûêðåìíèÿðàçìåðîì 2...3íì.  òî æåâðåìÿïëàçìåííûåîêñèäû,ñôîðìèðîâàííûåäàæå ïðèáîëååâûñîêèõñêîðîñòÿõ,íå èìåþòïîäîáííûõäåôåêòîâ íàãðàíèöåðàçäåëà Si — SiO2, âíèõ íåíàáëþäàåòñÿòàêæåýôôåêòïåðåðàñïðåäåëåíèÿïðèìåñè ïðèîêèñëåíèè.

Âîëüò-àìïåðíûåõàðàêòåðèñòèêèîêñèäîâ òóííåëüíûõòîëùèíõàðàêòåðèçóþòñÿìåõàíèçìîìïðîâîäèìîñòè,ñîîòâåòñòâóþùèìýìèññèè Ôàóëåðà-Íîðäãåéìàïðèíàïðÿæåííîñòèýëåêòðè÷åñêîãîïîëÿ â îêñèäåñâûøå 6.5 ÌÂ/ñì.Èçìåðåíèÿýëåêòðîôèçè÷åñêèõñâîéñòâ îêñèäà,ïîëó÷åííîãîïëàçìåííûìîêñèäèðîâàíèåìêðåìíèÿ ïðèîäíîâðåìåííîéïîäñâåòêåïîâåðõíîñòèëàçåðîì ñäëèííîéâîëíû,ñîîòâåòñòâóþùåéâîçáóæäåíèþñâÿçè Si-Siïîêàçàëè,÷òî îêñèäîáëàäàåò íàäâà ïîðÿäêàìåíüøåéïëîòíîñòüþïîâåðõíîñòíûõñîñòîÿíèé,÷åìòðàäèöèîííûåàíîäíûåîêñèäû, èîîòâåòñòâóåòëó÷øèì òåðìè÷åñêèìïëåíêàìäèîêñèäàêðåìíèÿ.

Пиролитическоеосаждение кремния из газовой фазы

Âòåõíîëîãèèèíòåãðàëüíûõñõåìïðèìåíÿþòñÿìåòàëëè÷åñêèåèäèýëåêòðè÷åñêèåïëåíêè,èçãîòàâëèâàåìûåðàçëè÷íûìèìåòîäàìè.Îäíàêî, âñâÿçè ñäàëüíåéøåéìèíèàòþðèçàöèåéÑÁÈÑ èèñïîëüçîâàíèåìðàçëè÷íûõïîëóïðîâîäíèêîââ êà÷åñòâå ïîäëîæåêíåîáõîäèìîðàçðàáîòàòüíîâûå ìåòîäûèçãîòîâëåíèÿïëåíîê ñ åùåìåíüøåé òîëùèíîé,ïëîòíîñòüþäåôåêòîâ èáîëüøåé îäíîðîäíîñòüþ.Òðåáóåòñÿòàêæåìàêñèìàëüíîóâåëè÷èòü÷èñëîïëàñòèí,êîòîðûå ìîãóòáûòüîáðàáîòàíû âåäèíèöóâðåìåíè (äëÿñíèæåíèÿñòîèìîñòèïðîäóêöèè),ó÷åñòüâîçìîæíûåîòðèöàòåëüíûåïîñëåäñòâèÿõèìè÷åñêèõðåàêöèé ìåæäóïëåíêîé èïîäëîæêîé,ðàçîãðåâïëåíêè â ïðîöåññåôîðìèðîâàíèÿ,à òàêæåâîçìîæíîñòüïîâðåæäåíèéïðèîáëó÷åíèè.

Ðàññìîòðèìïèðîëèòè÷åñêèéìåòîäôîðìèðîâàíèÿïëåíîê (ìåòîäõèìè÷åñêîãîîñàæäåíèÿèç ãàçîâîéôàçû). Ìåòîä õèìè÷åñêîãîîñàæäåíèÿèç ãàçîâîéôàçû îñíîâàííà èñïîëüçîâàíèèÿâëåíèÿïèðîëèçà èëèõèìè÷åñêèõðåàêöèé ïðèôîðìèðîâàíèè

ïëåíîêïîëèêðèñòàëëè÷åñêîãîêðåìíèÿ èëèïëåíîêðàçëè÷íûõèçîëèðóþùèõìàòåðèàëîâ.

Íàðèñ. 1 âðàçðåçåïîêàçàíàóñòàíîâêàôîðìèðîâàíèÿïëåíîêìåòîäîìõèìè÷åñêîãîîñàæäåíèÿèç ãàçîâîéôàçû ïðèíîðìàëüíîì äàâëåíèè.Íà íàãðåòîìïüåäåñòàëå(ïîäñòàâêå)ãîðèçîíòàëüíîðàñïîëàãàþòñÿïëàñòèíû.Ñâåðõóïîñòóïàåòãàç, â àòìîñôåðåêîòîðîãîïðîòåêàþòõèìè÷åñêèåðåàêöèè.Ôîðìèðîâàíèåïëåíêèïðîèñõîäèòïðèèñïîëüçîâàíèèõèìè÷åñêèõðåàêöèé íàïîâåðõíîñòèïëàñòèíû. Äëÿîáåñïå÷åíèÿðàâíîìåðíîñòèòîëùèíûïëåíêè, ãàçðàâíîìåðíîïîäâîäèòñÿ êïîâåðõíîñòèïëàñòèí.

Òåìïåðàòóðàïî âñåéïîâåðõíîñòèïëàñòèíäîëæíàïîääåðæèâàòüñÿîäèíàêîâîé.Ïîýòîìóóñòàíîâêèíåîáõîäèìîñíàáæàòüóñòðîéñòâàìèäëÿ âðàùåíèÿïîäñòàâêè, àòàêæåèñïîëüçîâàòüñèñòåìûïîäà÷è ãàçàâñîîòâåòñòâèèñ âûáðàííîéôîðìîéïüåäåñòàëà.

 êà÷åñòâåõèìè÷åñêèàêòèâíîãîãàçà èñïîëüçóþòìîíîñèëàí èêèñëîðîä, à âêà÷åñòâåáóôåðíîãîãàçà — àçîò(îáû÷íîïüåäåñòàë èïëàñòèíûñîïðèêàñàþòñÿè ðà&cc

еще рефераты
Еще работы по радиоэлектронике