Кафедра персональной электроники

 

 

 

В.Н. Горбунова

Физико-химические основы технологии РЭС

 

 

Методическое пособие к курсовому проектированию

 

 

Дубна, 2010

 

 

УДК 621.382

ББК 32.36

Р69-3

 

 

Горбунова В.Н.

Физико-химические основы технологии РЭС. Методические указания к курсовому проектированию./В.Н.Горбунова – М.: ВНИИ-геосистем, 2010. – ххх с.: ил.

ISBN хххххххххххх

 

Аннотация

Определены цель и задачи курсового проекта, его объем и содержание. Указаны порядок выполнения и требования к его оформлению. Даны рекомендации к выполнению основных этапов курсовой работы. Предложены исходные данные для типовых технических заданий курсового проекта и контрольные задания к защите курсового проекта.

Пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальностям: 210200 «Проектирование и технология электронных средств»

 

 

ISBN ххххххххххх ©Горбунова В.Н., 2010

Курсовой проект по физико-химическим основам технологии РЭС является завершающим этапом работы студентов над изучаемой дисциплиной. Он включает расчет режимов технологического процесса формирования биполярной структуры, а также расчет распределения примесей в кремнии при диффузионном легировании и ионной имплантации.

Основная цель курсового проектирования заключается в закреплении и расширении теоретических знаний студентов, в приобретении ими навыков по решению инженерных задач.

Настоящие методические указания составлены с целью дать ответы на возникающие вопросы студентов, приступающих к выполнению курсового проекта. В них приведены уравнения, справочные данные и литературные источники, пользуясь которыми студенты проводят расчеты, а также указаны последовательность и содержание этих расчетов.

Оценивается курсовой проект с учетом качества выполнения, уровня защиты и степени самостоятельности при работе.

Введение

Практически на любом этапе производства электронных средств имеют место диффузионные процессы, протекающие в газовых, жидких и твердых фазах. Это, например, процессы жидкофазной эпитаксии, связанные с молекулярной диффузией, легирование полупроводников, зародышеобразование, химическое осаждение из газовой фазы и т.д. И даже в случае если диффузионные процессы не используются целенаправленно, они практически всегда сопутствуют другим процессам, и их необходимо принимать во внимание.

Особо важную роль диффузионные процессы играют в полупроводниковой технологии при создании p – n переходов, формировании базовых и эмиттерных областей транзисторов, областей истока и стока в МОП- структурах. При этом решаются задачи управления концентрацией легирующей примеси в подложке и обеспечения однородности легирования и воспроизводимости процесса.

Для осуществления диффузии обычно полупроводниковые пластины помещают в нагретую до высокой температуры кварцевую трубу диффузионной печи. Через трубу пропускают пары легирующей примеси, которые адсорбируются на поверхности пластин и диффундируют в кристаллическую решетку полупроводника.

Отличительной особенностью диффузии при изготовлении микросхем является то, что примеси вводят в полупроводниковую пластину локально в ограниченные защитной маской окна, а сам процесс осуществляют в две стадии: предварительная загонка нужного количества примеси в приповерхностный слой пластины и последующая разгонка атомов примеси на требуемую глубину до необходимого уровня концентрации.

Диффузия является детально изученным методом легирования и наиболее и широко применяется на практике.

В начале 60-х годов на стыке физики полупроводников и физики атомных столкновений возникло новое научно-техническое направление — ионное легирование полупроводников, имеющее большое значение для полупроводниковой электроники.

Ионная имплантация-это управляемое введение атомов примеси в поверхностный слой подложки путем бомбардировки ее ионами с энергией от нескольких килоэлектрон-вольт до нескольких мегаэлектрон-вольт.

Интерес к методу ионного легирования (ионно-лучевого легирования) вызван тем, что он обладает рядом существенных преимуществ по сравнению с диффузией.

Метод ионной имплантации позволяет:

· точно и воспроизводимо дозировать внедряемую примесь за счет контроля ионного тока пучка и времени облучения;

· получать высокую точность глубины залегания p-n переходов (до 0,02 мкм)

· создавать практически любые профили распределения за счет ступенчатого легирования, т.е. изменения энергии и (или) рода легирующего элемента;

· формировать скрытые легированные слои;

· совмещать процесс ионной имплантации с другими эмиссионными процессами (ионно-плазменным осаждением, ионным травлением и т.д.);

· создать особо чистые условия, исключающие загрязнение подложек посторонними примесями;

· возможность полной автоматизации.

Однако ионная имплантация имеет недостатки и ограничения:

· нарушение кристаллической структуры полупроводниковых подложек, появление радиационных дефектов, для устранения которых и восстановления нарушенной структуры необходима дополнительная технологическая операция-отжиг;

· трудно воспроизводимы глубокие легированные области;

· оборудование ионно-лучевых установок дорого и сложно, что обусловлено необходимостью применять высокий вакуум (10-4 Па) и высокие напряжения, а также устройства препарирования примеси (испарители, ионизаторы, сепараторы).

Тем не менее, именно с помощью методов ионной имплантации оказалось возможным создавать быстродействующие биполярные транзисторы СВЧ-диапазона, мощные малошумящие транзисторы с высокими воспроизводимыми параметрами, расширяются возможности современных сверхбольших интегральных схем.

 

 

Содержание и оформление курсового проекта

Задание на курсовой проект

Студент выполняет одно из двух представленных заданий на курсовой проект. Каждое задание состоит из десяти вариантов. Номер задания и его вариант определяется преподавателем.

 

Задание 1

I.Представить расчет распределения примесей в кремнии при диффузионном легировании.

 

1. Рассчитать и построить распределение заданной примеси в кремнии при одностадийной диффузии из источника бесконечной мощности.

 

2. Рассчитать и построить распределение примеси при двухстадийной диффузии той же примеси в кремнии для получения p-n перехода.

3. Расcчитать глубину залегания p-n перехода.

 

II. Рассчитать характеристики замедления ионов при имплантации, параметры распределения заданной примеси в кремнии используя симметричное распределение Гаусса.

 

1. Расcчитать глубину залегания p-n переходов.

2. Представить профиль распределения концентрации примесей.

3. Рассчитать средний полный пробег ионов заданной примеси (R),

средний нормальный пробег (R_p) и среднеквадратичное отклонение пробега (ΔR_p).

 

Задание 2

I Представить расчет режимов технологического процесса формирования биполярной структуры, полагая, что локальное легирование производиться методом диффузии.

1. Представить профиль распределения концентрации примесей в отдельных областях структуры.

2. Построить профиль суммарного распределения примесей эмиттера и базы.

3. Расcчитать глубины залегания коллекторного и эмиттерного переходов.

 

II. Представить расчет режимов технологического процесса формирования биполярной структуры полагая, что локальное легирование производиться методом ионной имплантации.

 

1. Расcчитать глубины залегания коллекторного и эмиттерного переходов.

2. Представить профиль распределения концентрации примесей в отдельных областях структуры.

3. Построить профиль суммарного распределения примесей эмиттера и базы.

 

Варианты заданий

Таблица 1- Исходные данные

 

Вариант		Эмиттер			База			Коллектор
	Примесь	ТДИФ, ^0С	t мин	Примесь	N см^-^2	ТДИФ, ^0С	t час	Cв, см ^-3
	As			B	5ּ10^1^4			1,5ּ10^16
	B			As	10^1^4			10^15
	P			B	5ּ10^15			10^15
	B			P	10^12			10^16
	Sb			B	5ּ10^15		1,5	10^17
	B			Sb	10^13		1,5	10^16
	As			Ga	5ּ10^12		1,5	10^15
	P			Ga	10^12			10^15
	As			B	5ּ10^1^4			10^1^5
	P			B	5ּ10^15			10^1^6
	B			As	5ּ10^1^3			1.5 ּ 10^15
	Al			Bi	5ּ10^13			10^1^6
	Bi			In	5ּ10^1^3			10^1^4
	Sb			Al	5ּ10^1^4			10^15
	As			B	5ּ10^1^5			10^1^7

 

Таблица 2- Исходные данные

 

 

Вариант	Эмиттер			База	Коллектор
	Примесь	E кэВ	N, см^-2	Примесь	E кэВ	N, см^-2	Cв, см ^-3
	^11B^+		10^1^5	^31P^+		5ּ10^13	10^16
	^31P^+		10^14	^11B^+		10^12	10^1^5
	^75As^+		10^16	^11B^+		10^14	10^1^7
	^11B^+		10^1^5	^14N^+		10^13	10^1^6
	^31P^+		10^14	^27Al^+		5ּ10^12	10^1^5
	^75As^+		10^1^5	^70Ga^+		5ּ10^13	10^16
	^115In^+		10^16	^122Sb^+		10^14	10^1^7
	^27Al^+		10^1^5	^11B^+		5ּ10^13	10^16
	^11B^+		10^1^5	^31P^+		10^13	10^1^5
	^122Sb^+		10^14	^11B^+		5ּ10^12	10^1^5
	^75As^+		10^16	^11B^+		10^14	10^1^7
	^14N^+		10^15	^27Al^+		5ּ10^13	10^16
	^14N^+		10^16	^11B^+		10^14	10^16
	^70Ga^+		10^15	^14N^+		5ּ10^13	10^16
	^122Sb^+		10^14	^27Al^+		5ּ10^12	10^1^5

 

 

Срок сдачи законченной работы руководителю - декабрь 201 г.

Преподаватель........................................Горбунова В.Н.

 

Содержание расчетно-пояснительной записки.

Основное содержание пояснительной записки определяется заданием на курсовой проект. Объем пояснительной записки должен быть не менее 20 - 30 страниц печатного текста. Страницы записки нумеруются, включая страницы с рисунками и таблицами. На титульном листе номер страницы не указывается.

 

Текст расчетно-пояснительной записки разбивается на разделы. В оглавлении указываются номера страниц, соответствующие каждому разделу записки. Разделы и подразделы нумеруются арабскими цифрами и должны иметь краткие наименования. Расстояние между заголовком и последующим текстом должно быть равно 10 мм. между заголовком и последней строкой текста -15 мм.

 

Пояснительная записка должна быть оформлена в определенной последовательности. Вне зависимости от темы расчетно-пояснительная записка должна содержать:

- титульный лист:

- задание на проектирование:

- оглавление:

- введение:

- описание механизма, принципов и основных характеристик технологического процесса:

- выбор схемы и параметров процесса:

- расчет технологических параметров и графическое представление результатов

- заключение:

- список использованной литературы.

 

Введение. В данном разделе кратко отмечаются место и роль того или иного физико-химического процесса в технологии электронных средств, выделяется проблема, которой посвящен курсовой проект, важность и актуальность ее решения, формируется задача исследований, обосновываются пути ее решения.