Подготовка подложек
Подготовка подложек
Общие сведения
- Преимущества кремниевой технологии. Требования к кремнию
- Получение металлургического и электронного кремния
- Структура и дефекты в монокристаллическом кремнии
- Получение кремния методом зонной плавки
Выращивание кремния по методу Чохральского
- Оборудование и технология процесса
- Основы теории роста монокристаллов
- Факторы, влияющие на дефекты в процессе роста
- Оценка качества кремния и параметров кристаллов
- Окончательная обработка кремния
Общие сведения
Преимущества кремниевой технологии.
Требования к кремнию как материалу
для микроэлектронной промышленности
Полупроводниковая технология начала свое становление с 1946 года, когда Бардин и Шокли изобрели биполярный транзистор. На первом этапе развития микроэлектронного производства в качестве исходного материала использовался германий. В настоящее время 98% от общего числа интегральных схем изготавливаются на основе кремния.
Кремниевые полупроводниковые приборы по сравнению с германиевыми имеют ряд преимуществ:
- Si p-n переходы обладают низкими токами утечки, что определяет более высокие пробивные напряжения кремниевых выпрямителей;
- у кремния более высокая, чем у Ge область рабочих температур (до 150 и 70 градусов Цельсия соответственно);
- кремний является технологически удобным материалом: его легко обрабатывать, на нем легко получать диэлектрические пленки SiO2, которые затем успешно используются в технологических циклах;
- кремниевая технология является менее затратной. Получение химически чистого Si в 10 раз дешевле, чем Ge.
Вышеперечисленные преимущества кремниевой технологии имеют место в связи со следующими его особенностями:
- большое содержание кремния в виде минералов в земной коре (25% от ее массы);
- простота его добычи (содержится в обычном речном песке и кремнеземе) и переработки;
- существование "родного" не растворимого в воде окисного слоя SiO2 хорошего качества;
- большая, чем у германия ширина запрещенной зоны (Eg = 1.12 эВ и Eg = 0.66 эВ соответственно).
Исходным сырьем для микроэлектронной промышленности является электронный поликристаллический кремний, из которого затем получают монокристаллические слитки, обладающие необходимыми электрофизическими свойствами. После проведения подготовительных технологических циклов (механической обработки слитков, подготовки основных и дополнительных базовых срезов, резки слитка кремния на пластины, травления поверхности и полировки) он должен обладать следующими свойствами:
- быть химически чистым полупроводником (например, концентрация бора или углерода в кремнии не должна превышать 10-7 ат.% и 2·10-4 ат.% соответственно);
- обладать свойствами монокристалла и иметь малое число дефектов;
- иметь однородные свойства по объему, в частности, относительно контролируемой концентрации легирующей примеси;
- иметь идеальную поверхность, необходимую для реализации планарной технологии.
Рекомендуемые материалы
В окончательном виде кремний представляет собой зеркально отполированную с одной стороны монокристаллическую пластину диаметром 15 - 40 см, толщиной 0.5 - 0.6 мм с различной ориентацией поверхности. Дополнительный и основные срезы сделаны для более легкого распознавания пластин с разным типом проводимости и ориентацией поверхности.
Справка: Физические свойства германия и кремния.
| Параметры | Германий | Кремний |
| Атомный номер | 32 | 14 |
| Атомная масса | 72,58 | 28,08 |
| Постоянная решетки, нм | 0,5647 | 0,5430 |
| Кристаллическая структура | Гранецентри- | Кубическая (типа алмаза) |
| Цвет | Серебристый | Серый |
| Количество атомов в 1 см3 | 4,52·1022 | 4,99·1022 |
| Плотность при 298 К, г/см3 | 5,32 | 2,331 |
| Твердость по шкале Мооса | 6,25 | 7,0 |
| Ковкость | Хрупкий | Хрупкий |
| Диэлектрическая проницаемость e | 16 | 12 |
| Показатель преломления света на дине волны 3...6 мкм | 4,068...4,143 | 3,42 |
| Работа выхода электронов, эВ | 4,78 | 4,8 |
| Ширина запрещенной зоны DE при 298 К, эВ | 0,744 | 1,153 |
| Температура плавления, °C | 940 | 1415 |
| Температура кипения, °C | 2700 | 2600 |
| Скрытая теплота плавления, кДж/моль | 33,7±0,8 | 45,5±0,8 |
| Скрытая теплота парообразования, кДж/моль (при 1173 К) | 371±8 | 440±50 |
| Теплоемкость C, Дж/(моль·К), при температуре 90 К | 11,1 | 5,2 |
| Теплоемкость C, Дж/(моль·К), при температуре 300 К | 22,8 | 19 |
| Линейный коэффициент теплового расширения, К-1 в интервале температур 273...573 К | 6,1·10-6 | 4,2·10-6 |
| Линейный коэффициент теплового расширения, К-1 в интервале температур 573...723 К | 6,6·10-6 | 4,2·10-6 |
| Теплопроводность, Вт/(м·К) при 298 К | 58,3 | 109 |
| Удельное сопротивление при 298 К, Ом·см | 47 | 2·105 |
| Концентрация электронов (дырок) при 300 К, см-3 | 1,95·1013 | 1,27·1010 |
| Подвижность электронов (дырок) при 298 К, см2/(В·с) | 3600 | 1300 |
| Коэффициент диффузии электронов при 298 К, см2/с | 93 | 30 |
| Коэффициент диффузии дырок при 298 К, см2/с | 44 | 12 |
| Ещё посмотрите лекцию "32 СССР в 1939-1941 году" по этой теме. Магнитная восприимчивость | -1,1·10-7 | -1,3·10-6 |
| Энергия ионизации легирующих примесей E1, эВ | 0,010...0,013 | 0,033...0,07 |
