TECHNOLOGIA I MATERIAŁOZNAWSTWO ELEKTRYCZN
1.Minimalne stężenie defektów i domieszek
*Równomierne rozmieszczenie domieszek
*Określona wartościowość
*Założona koordynacja w sieci
2.Niezbędne warunki
*Szczególna czystość odczynników
*Ciśnienie rzędu 10-6 -10 –7 Tr
*ścisłe utrzymywanie stałości temperatury (dokł. 0.1°C i więcej)
3.Hodowanie
*Z masy stopionej
*z roztworu
*z fazy gazowej
*z fazy stałej (tzw. rekrystalizacja)
4.Hodowanie z masy stopionej
*Bridgmana-Stockbargera
*Czochralskiego
*Verneuila
Metoda Bridgmana-Stockbargera
tłumaczenie:
-furnance – piec do spalania (wysokotemperaturowych)
-crystal – kryształ krzemu
-hot zone – ciepła strefa
-cold zone – zimna strefa
-grwoth direction – kierunek wzrostu kryształu
5.Warstwy dielektryczne
W nowoczesnych przyrządach półprzewodnikowych istotna role odgrywają warstwy dielektryczne,
które najczęściej wykonuje się w postaci tlenku krzemu (SiO2) oraz azotku krzemu (Si3N4).
Do najważniejszych funkcji tych warstw zaliczamy:
pasywacja powierzchni półprzewodnika (zmniejszenie gęstości stanów powierzchniowych)
maskowanie półprzewodnika w procesach dyfuzji (selektywne zabezpieczenie przed
zachodzeniem dyfuzji na niektórych obszarach podłoży półprzewodnikowych)
izolowanie elektryczne elementów składowych lub różnych obszarów w obrębie przyrządu
zabezpieczanie przyrządu przed oddziaływaniami zewnętrznymi.
Warstwy dielektryczne stosowane w technologii wytwarzania przyrządów półprzewodnikowych powinny spełniać następujące wymagania:
Duża stabilność chemiczna – materiał warstwy dielektrycznych nie może wchodzić w reakcje
z materiałami, z którymi się styka (podłoże, metalizacja, atmosfera otaczająca).
Prostota i zgodność technologii wytwarzania warstw dielektrycznych z technologia wytwarzania przyrządów.
Proces wytwarzania warstw dielektrycznych musi być dostatecznie prosty i łatwy, aby ograniczyć do minimum liczbę przyrządów z warstwami wadliwymi ,a jednocześnie proces ten musi przebiegać w warunkach, które nie wpływają niekorzystnie na te elementy, które wykonano wcześniej.
pasywacja- jest to proces związany z wnikaniem (przechodzeniem) atomów innego pierwiastka w warstwę przypowierzchniową ciała stałego
Si + 02 = SiO2
maskowanie-zasłanianie
Odpowiednie własności cieplne i mechaniczne układu dielektryk – podłoże. W warunkach pracy i przechowywania przyrządu powinna być zapewniona silna adhezja na całej powierzchni styku
obu materiałów. Ponadto zmiany temperatury nie powinny powodować zbyt silnych naprężeń na granicy dielektryk – podłoże wynikających z niedopasowania współczynników rozszerzalności
cieplnej.
Jednorodność warstwy pod względem składu i struktury. Wymaganie to dotyczy stałości proporcji składników warstwy oraz jednorodności fizykochemicznej na całej jej powierzchni.
Szczególnie istotne są tu wtrącenia i zanieczyszczenia atomami pierwiastków obcych, które mogą
lokalnie zmieniać własności fizyczne warstwy .Zmiana właściwości wpływa na zmianę parametrów i zastosowania danego elementu.
Grubość i jednorodność grubości. Niemal we wszystkich zastosowaniach grubość oraz
jednorodność grubości warstw stanowi bardzo istotny parametr technologiczny decydujący
Np. o napięciu przebicia warstwy izolacyjnej.
6. Otrzymywanie tlenku krzemu
Tlenek krzemu jest głównym materiałem dielektrycznym używanym w technologii krzemowej.
Warstwy SiO2 otrzymuje się przez:
termiczne utlenianie powierzchni krzemu,
nanoszenie warstw tlenku krzemu metodami próżniowymi lub przez osadzanie chemiczne.
W przypadku otrzymywania warstw przez utlenianie wiązany jest krzem z podłoża, natomiast
w przypadku nanoszenia warstw krzem jest dostarczany z zewnątrz, a podłoże nie bierze udziału
w reakcji. Warstwy nanoszone są zwykle bardziej porowate od warstw SiO2 otrzymywanych przez
utlenianie termiczne.
Utlenianie termiczne przeprowadza się w piecu dyfuzyjnym w temperaturach 900 – 1200oC.Reaktor takiego pieca wykonywany jest z kwarcu, dzięki czemu nie zachodzi niekontrolowana dyfuzja obcych pierwiastków. Płytki układa się w kwarcowej łódce, która jest wsuwana do wnętrza rozgrzanego pieca. Grubość otrzymanej warstwy tlenku krzemu jest uzależniona od temperatury i czasu wygrzewania.
