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