Описание механизма, принципов и основных характеристик технологического процесса.

В разделе приводится по возможности полная характеристика технологического процесса с анализом физико-химических особенностей. Здесь же приводятся оценка достоинств и недостатков процесса. При описании механизма процесса следует по возможности полно ис­пользовать информацию из литературных источников, рисунки, схемы, диаграммы, которые иллюстрировали бы влияние тех или иных факторов на данный технологический процесс. Ссылка на источник информации должна быть обязательно. На основе анализа литературы с учетом индивидуального задания следует установить основные требования к процессу и устройству, его реализующему. При этом необходимо выделить все факторы, влияющие на этот процесс, и качественные характеристики конечного продукта процесса.

 

Выбор схемы и параметров процесса. На основе проведенного анализа литературы, касающейся данного процесса, выбирается схема его осуществления, описание его особенностей, составляется последовательность необходимых операций дляосуществления процесса. Здесь же излагаются основные технологические приемы, их назначение, суть, технологические режимы в данной технологии.

 

Расчет технологических параметров. Приводятся исходные данные, расчетные формулы, методика расчета, на основании которыхразрабатываются рекомендации по проведению технологических режимов, используемых для практической реализации.

 

Заключение. В данном разделе дается краткая характеристика выполненной работы, формируются общие выводы.

В списке литературы перечисляются лишь те источники, на которые имеются ссылки в расчетно-пояснительной записке. Сведения о литературном источнике должны включать: полное название, фамилию и инициалы автора, место издания, наименование издательства, год издания, число страниц. Все использованные источники приводятся в списке в порядке упоминания их в тексте и записывают следующим образом:

1. Томилин В.И. Физико-химические основы технологии электронных средств. М.: Издательский центр «Академия», 2010. 407с.

2. Барыбин А.А., Сидоров В.Г. Физико-технологические основы электроники. – СПб.: Изд-во «Лань», 2001. – 272с.

3. Смирнов В.И., Физико-химичесике основы электронных средств. Ульяновск

УлГТУ, 2005. 112с.

Расчеты в записке должны сопровождаться пояснениями. Все расчетные формулы приводятся сначала в общем виде, нумеруются, затем дается наименование обозначений и указываются размерности всех входящих в формулу величин. Численные значения величин в формулу подставляют в том порядке, в каком они в ней записаны, и приводят результат расчета.

Расчетно-пояснительная записка должна быть снабжена необходимыми графиками, схемами, эскизами.

 

Теоретические основы выполнения курсового проекта.

Основная цель легирования полупроводников состоит в управлении типом проводимости и концентрацией примесей в определенных областях кристалла для локального изменения его электрических свойств.

Легирование — это дозированное введение примесей, изменяющее электрофизические, механические и другие свойства основного материала.

В современной технологии изготовления полупроводниковых ИМС легирование полупроводников является одним из основных базовых процессов.

Современные методы легирования можно подразделить на следующие основные группы:

· высокотемпературная диффузия (термодиффузия);

· ионная имплантация;

· радиационно-стимулированная диффузия.

Поскольку основные характеристики ИМС определяются параметрами р-п- переходов и легированных областей, к процессам легирования предъявляются жесткие требования по точности размеров легированных областей и распределения концентрации примесей. Это, в свою очередь, обуславливает требования к технологическим режимам процессов легирования.

 

Диффузионное легирование

Диффузия легирующих примесей в полупроводниковые кристаллы вошла в промышленное производство в 60-е годы и до сих пор является основным технологическим методом создания электрически гетерогенных структур при изготовлении различных типов полупроводниковых приборов и ИМС.

 

Диффузионное легирование основано на использовании известного явления диффузии проникновении атомов одного вещества в другие через границу контакта тел в результате теплового движения атомов. Движущей силой диффузии является градиент концентрации атомов вещества. Чем больше градиент концентрации, тем интенсивнее диффузия.

 

При диффузионном легировании полупроводниковых материалов атомы примеси внедряются в кристаллическую решетку полупроводника с образованием области с противоположным типом проводимости и обеспечения заданного p-n -перехода. Диффузия, как и процессы электропроводности и теплопроводности, относится к явлениям переноса. Перенос вещества при диффузии обусловлен тепловым направленным движением атомов. Такое направленное движение возникает при наличии градиента концентрации данного вещества. Диффузия используется для введения в полупроводник некоторого заданного количества легирующей примеси. Примесные атомы могут располагается в кремнии в узлах кристаллической решетки, замещая основные атомы, и между основными атомами (междоузельные примеси). Соответственно и перемещение атомов примеси может происходить по двум механизмам: вдоль дефектов кристаллической решетки (вакансиям) и по междоузлиям. При высокой температуре (~1000 ^оС) наблюдается активация процесса диффузии. При диффузии по первому механизму после охлаждения кристалла вакансии исчезают, а примесные атомы, занимающие узлы кристаллической решетки, фиксируются. При диффузии по второму механизму после охлаждения кристалла междоузельные атомы могут вернуться в узлы, замещая основные атомы, и стать электрически активными.

Законы диффузии

Закономерности диффузионных процессов в газах и жидких растворах были исследованы в конце XIX века швейцарским ученым Фиком. Законы диффузии выведены из из­вестного положения о том, что атомы вещества перемещаются из области с высокой концентрацией в область с более низкой кон­центрацией.

 

Первое уравнение (первый закон Фика) записывается следующим образом:

(1)

,

где J - плотность потока диффундирующего вещества, т.е. количество вещества, проходящего за единицу времени через единичную площадь поверхности, перпендикулярной направлению переноса вещества;

С - концентрация атомов примеси.

D - коэффициент диффузии- является мерой скорости выравнивания градиента концентрации. Размерность коэффициента диффузии – м²/с.

 

Физический смысл этого уравнения — первопричиной диффузионного массопереноса вещества является градиент его концентрации. Скорость переноса пропорциональна градиенту концентрации.

Знак минус в правой части указывает на то, что диффузия происходит в направлении убывания концентрации.

Диффузия идет благодаря стремлению системы достичь физико-химического равновесия. Процесс будет продолжаться до тех пор, пока химические потенциалы компонентов всей системы не станут равными.

Уравнение описывает стационарный (установившийся) процесс - процесс, параметры которого не зависят от времени.

Когда концентрация вещества изменяется только в одном направлении (одномерная диффузия) и при диффузии в изотропной среде первое уравнения Фика имеет следующий вид:

(5)

(2)

Второе уравнение диффузии (второй закон Фика) получается путем сочетания первого закона и принципа сохранения вещества, согласно которому изменение концентрации вещества в данном объеме должно быть равно разности потоков этого вещества на входе в объем и выходе из него.

(3)

Для одномерной диффузии в изотропной среде уравнение можно записать:

(4)

Второй закон Фика характеризует процесс изменения концентрации диффундирующей примеси во времени в различных точках среды и является математической моделью нестационарного (развивающегося) состояния системы (описывает период времени от начала процесса до установления стационарного состояния).

При постоянстве коэффициента диффузии D (независимости его от концентрации примеси) уравнение упрощается

(5)

Процессы диффузии, используемые для изготовления интегральных структур, обычно анализируются с помощью частных решений уравнения второго закона Фика т.к., в отличие от первого закона Фика, именно оно содержит важный параметр - время установления некоторого анализируемого состояния системы.

Основная цель решения уравнения - найти распределение примеси С(x,t) в полупроводнике после диффузии в течение определенного времени t при различных условиях осуществления процесса.