Va yarimotkazgichli asboblar texnologiyasi
Download 94.09 Kb. Pdf ko'rish
|
2 ) texnologik qurilma murakkabligi; 3)texnika xavfsizligi bo‘yicha maxsus qoidalarga rioya qilishning o‘ta zarurligi va boshqalar. Ion legirlashning ancha keng qo‘llanilishiga, ayniqsa kirishma atomlarini dozalangan miqdorda kiritish va undan kirishma taqsimot kesimini hosil qilish uchun keyingi diffuziyaon haydash manbayi sifatida foydalanish sabab boim oqda. Undan tashqari, ion kiritish qo‘shqutbli tranzistorlarning yupqa baza sohalarini yaratish uchun, MDYa-tranzistorlar chegara kuchlanishlarini boshqarish va boshqa maqsadlar uchun foydalaniladi. Ion legirlash bilan olingan tuzilmalarni nazorat qilish uchun kirishma atomlar taqsimoti kesimi va zaryad tashuvchilarning samarali sirt konsentratsiyasi tekshiriladi. 14.2. Ionlar kiritilgan tuzilmalarni hisoblash usullari Ion legirlashni amalga oshirish texnologiyasi asoslari qo‘llaniladigan kirishmalar, ion kiritib legirlashning fizik asoslari kitobning I qism 2- bobida berilgan. 1. Ion legirlangan tuzilmalarni texnologik hisoblashlarda xuddi diffuzion tuzilmalarga o‘xshash to ‘gfcri va teskari masalalar uchraydi. To‘g‘ri masala uchun misol qilib, berilgan ionlarning energiya va 241 nurlanish dozasi uchun konsentratsiya taqsimot kesimini ko'rsatish mumkin. Moddaga ionning kirish chuqurligi yugurish bilan xarakterlanadi. Kristalida alohida ionlarning traektoriyalari singan chiziqli, har biri to'g'ri chiziqli qism va to ‘la uzunlikka o ‘xshashligi bilan bir- biridan farq qiladi. Alohida ionlarning yugurishlarini barcha yig‘indisi o‘rtacha to ‘la yugurish R, yugurishning o‘rtacha kvadratik og‘ishi AR qiymatlari bo‘- yicha tasodifiy kattaliklar normal taqsimoti qonuni bo‘yicha guruhlarga bo'linadi. Amaliy ahamiyatga ega bo‘lgani o£rtacha normal yugurish Rp — ionning boshlang‘ich tezlik yo‘nalishidagi o‘rtacha to ‘la yugurish traektoriyasining proyeksiyasi va uning o‘rtacha kvadratik og‘ishi ARp. Kiritilgan ionlarning konsentratsiya taqsimot kesimi nurlantirilgan qatlam chuqurligi bo‘yicha o ^ a c h a normal yugurishlar taqsimoti bilan aniqlanadi. Ionlar yugurishlarini hisoblashlarda kristalida atomlar tartibsiz taqsimlangan hoi uchun deb qaraladi. Ionlar oqimi shunday moddalarga tushadiki, unda atomlar bilan to 4qnashish tasodifiy bo‘lib, yugurishlar taqsimoti tasodifiy taqsimot kattaliklari bilan yoziladi. Xuddi shunday hoi monokristallar uchun ham kuzatiladi. Chunki, ionlar oqimi plastina sirtiga turli yo4nalishlarda tushishi mumkin. Bu holda kiritilgan atomlar taqsimoti kesimi Gauss egri chizig‘i bilan ifodalanadi: C(jc) = .r=^ ---- exp л/2^А R n ' ( x - R P ) ' 2 ARr у (III. 68 ) Bunda N- nurlantirish dozasi, ion/sm2; Rp— o'rtacha normal yugurish qiymati; ARp- o‘rtacha normal yugurishning kvadrat og‘ishi. Ion legirlashda kirishmalarning eng yuqori konsentratsiyasi diffuzion kiritib legirlashga okxshab sirtdan emas, x=Rp chuqurlikda aniqlanadi: Cmax=0,4N/ARp. (III.69) 242 Ion legirlash bilan epitaksial qatlamda tranzistor tuzilmaning olinishini koframiz. Epitaksial qatlami n turi boigan plastinkasimon kremniyda energiyasi E a va dozasi NA boigan akseptor kirishma va energiyasi E d va dozasi N d boigan donor kirishma ionlaridan, mos ravishda, baza va emitter sohani hosil qilish uchun kiritib, ketma-ket ion kiritib legirlash bilan n-p-n turdagi tranzistor hosil qilinsin. Bunda quyidagi shart bajarilishi kerak, y a'n i o lish RpA > R pd ™ CmaxA < CmaxD. Kirishmalar yiglndi taqsimoti quyidagicha ifodalanadi: О Д = Сшах^еХР Ux-Rpa) \ 4 i & r PA - C max0exp K x - R pd) \ S A R pl) -C , (III.70) Kollektor olishning joylashish chuqurligi quyidagi shartda aniqlanadi: Cm A exp 2 - C „ = 0 , (III.71) unda xJK= R PD + b R pAA2\n c, m ax A С в J (III.72) bu yerda C, m ax A k a r pA Emitter o'tishning joylashish chuqurligi C(xje) » С в shart dan aniqlanadi: Cm„ , exp (хл - * ра) л/2А R pA J = Cmax„ex p (xj3 Rpp) л/2Д R PD _ r (111.73) В ’ bunda x . = (-m + у/т2 - а с ) ! а , (III.74) bu yerda а = A R pD - A R pA m — RpAARpD RpDAR yD; 243 ■ r 2 pDa r 2 pA - 2 a r 2 pAa r 2 pD l n ^ P D P A P A p D N d M ' A Emitter o4ishning joylashish chuqurligini soddaroq holda C(xje) = C в shartidan foydalanib ham topish mumkin: ; R pl) + ^ R pD- 2 In C \ С (111.75) в Baza sohasining qalinligini quyidagi ifodadan aniqlash mumkin: W *xjk-xje (HI-76) 1-misoL Agar Cg -1 0 16 s n r 3* £ ^ 1 0 0 keV, A^5*10 13 s n r 2, E d =200 keV, A ^ -llO 15 sm '2 bo'lgan n turdagi kremniyga n B+ va 31 R+ larni ion kiritib legirlash natijasida hosil bo'lgan tranzistor tuzilmada kirishmalar konsentratsiyasi taqsimoti kesimi hisoblansin. 1. Energiyasi 100 keV li bor ionlari uchun /^ = 0 ,3 9 8 mkm, ARpA=Qfi9A mkm, 200 keV fosfor uchun R pd - 0,254mkm, R pd =*0,061mkm larni III.5-jadvaldan aniqlaymiz. III. 5-jadval K.keV | n B+ 27Д1+ 31p+ 75AS+ 121 Sb+ [ 20 Rp | 78 29 26 16 14 ARp 32 11 9,4 3,7 2,4 60 Rp 244 85 73 38 31 ARp 71 27 23 8,4 5,1 100 Rp 1 398 144 193 58 46 ARp 94 42 35 12,5 7,4 160 Rp 603 236 201 89 67 ARp 116 60 52 18 10,5 200 Rp 725 297 254 110 81 ARp 126 70 61 22 12,5 2. Bor va fosforning maksimal konsentatsiyasini topamiz: 0,47V. 0 ,4 - 5 -10 13 C, max.A : ARpA 0,094-] O' -= 2,12 0 18 sm-3, 244 0,4N d 0 , 4 - 1-10 , CCftiq_„_, Onax.D — A „ ~ ^ к ^ л л л -4 — 6,55 0 sm . AR PD 0,06 M O" 3. Kollektor va emmiter p-n o‘tishlarning joylashish chuqurligini topamiz: Xjk=RpA+AR. )21n— -0,398+0,094 )4 6 |n 2^2 '}® =0,705 mkm 1 l)A\l Q \l 5 1 . 1 П 16 M 0,( Xje RpD / 21 П с -0,254+0,061 4,6 In 6,55-10 = 0 ;5Q mkm. MO 16 4. (III. 66 ) ifodadan foydalangan holda n-p-n- tranzistorda akseptor va donor kirishmalarning yig'indi taqsimoti III.35- rasmda kolrsatilgan. Shu rasmda kiritilgan bor Сь(х) va fosfor Cf(x) atomlarining taqsimoti alohida ko‘rsatilgan. Undan ko‘rinib turibdiki, ifoda etarli darajada aniqlikda emitter o ‘tish holatini aniqlab bergan. Teskari masala bo‘yicha, agar p-n o4ishning joylashish chuqurligi, kirishma eng katta konsentratsiyasi Cmax va yarimo'tkazgich taglik plastinkada kirishma konsentratsiyasi Q, m a'lum bo‘lsa, kiritilgan kirishma konsentratsiyasi taqsimoti kesimini Gauss egri chizig'i bo'yicha aniqlash uchun o‘rtacha normal yugurish Rp, yugurishning o‘rtacha kvadratik og‘ishi ARp va nurlanish dozasi TV m a'lum bo‘lishi kerak. Demak, p-n o‘tishning joylashish chuqurligi (II 1.70) ifodaga asosan C(x)=0 da aniqlanadi: (III.77) quyidagi XJ - RP+ARr Nurlanish dozasini munosabatdan aniqlanadi: =0.4 N A R n yoki N=2,5 д/е c . (HI.78) HI.35-rasm. Ion legirlash usulida olingan n-p-n tuzilmali tranzis torda bor va fosfor taqsimoti. Yugurishning o‘rtacha kvadratik og‘ishi A7?^ni aniqlash uchun grafik usulidan foydalanamiz. AR va Rp lar uchun bir necha qiymatlar berib, (111.77) ifodadagi tenglamaning o'ng 245 qismi energiyaga bog'liqligini chizamiz. Keyin energiyaga parallel Xj lar uchun chiziqlar chizilsa, (III.70) tenglamaning o‘ng va chap qismlari kesishish nuqtalari E energiyani beradi. Topilgan energiya bo‘yicha ARp va nurlanish dozasi N aniqlanadi. 14.3.Yarimo‘tkazgichli asboblar texnologiyasida ion kiritib legirlash jarayonlaridan foydalanish Ion legirlash jarayonlarini yuqori darajada o‘rganish yarimo4tkazgichli asboblar parametrlarini yetarlicha yaxshilash, ularni takror ishlab chiqarish, ishlab chiqarilgan mahsulotning yaroqli bo'lishiga va narxini kamaytirish imkonini yaratdi. Umuman olganda, hozirgi vaqtda ion kiritishni qollamasdan yangi turdagi asboblarni yaratish juda qiyin yoki mumkin emas. Ion kiritish asosan legirlanuvchi kirishmalarni kiritish uchun keng qo'llaniladi. Ion energiyasi 30 — 300 keV va 10 11 —10 17 s n r 2 doza oraliqlarida qoMlanilishi turli diskret yarimo'tkazgichli asboblar yaratilishiga olib keldi. Bularga : qo‘sh qutbli tranzistorlar va IMSlar, III.36-rasm. Q o ‘sh qutbli tranzistorlarni tayyorlashda ionlam ing energiya va doza kattaliklari. 246 o ‘ta yuqori chatotali tranzistorlar, maydon tranzistorlari, fotopriyomniklar va boshqalarni ko‘rsatish mumkin. Yarimo‘tkazgichli asboblar va IMS laming keyingi rivojlanishi, ya'ni submikronli texnologiyada elektron va rentgen litografiyasi asosida elementlar o‘lchami 1 mkm dan kichik bo'lgan tuzilmalarni olish ham ion kiritishsiz mumkin emas. Misol tariqasida qo‘sh qutbli tranzistorni tayyorlashda ion kiritishning qo‘llanilishini ko‘ramiz. Qo‘sh qutbli tranzistorlar. Qo‘sh qutbli tranzistorlarni tayyorlashda ion kiritish emitter, baza, kollektor, kollektor va baza kontaktlar uchun yuqori legirlangan sohalar, ajratuvchi-bo‘luvchi diffuziya, yashirin n + - qatlamlar va boshqalarni olish uchun qo'llaniladi (III.36-rasm). Bazani yaratishda nurlanish dozasi o ‘zgarishi emitter tok uzatish koeffitsientini boshqarish imkonini beradi, ionlarning energiyasini 0 ‘zgartirish esa, bazada legirlangan kirishmalarning taqsimot ko‘rinishini vujudga keltirishda uning kengligini boshqarib, asboblarning takroriylik tavsifnomasi o‘zgartiriladi. Uzatish koeffitsienti yuqori bo‘lgan qo‘sh qutbli tranzistorlarni yaratish uchun ikkita usul qocllaniladi. Ular /?-bazani hosil qilish uchun yuqori energiyada uncha katta bo'lmagan dozada borni va kichik emittemi olish uchun yuqori dozada arsenikni kiritishga asoslangan. Birinchi holda kiritilgan kirishma kesimini o‘zgarmas saqlash va 10- 15 min davomida 900-950°C temperaturada emitter qatlamini issiqlik ishlovi (otjig) jarayonida kirishmalarni yuqori elektr faolligini ta'milashga intiliniladi. Ikkinchi holda yuqori temperaturali qisqa vaqtli emitter kirishmalarning haydashidan foydalaniladi. Qo‘sh qutbli tranzistor tuzilmasini tayyorlash bor diffuziyasi yordamida passiv bazani yaratishdan boshlanadi. Niqob himoyasining qalinligi 1 mkm bo'lgan SiC >2 dan foydalanib, energiyasi 100 keV va dozasi 1015- 10 16 smr 2 bo'lgan 75 As+ ionlar 247 kiritiladi. 1000°C da 20- 30 min issiqlik ishlovidan so‘ng arsenik 0,3 mkm chuqurlikka diffuziyalanib emitter p-n o‘tish hosil bo‘ladi. Aktiv baza 200 keV energiyali va 2* 10 12 — 10 13 sm -2 dozali borni kiritish va 850°C da 20 min davomida termik ishlov jarayonida vujudga keltiriladi. Chunki borning o ‘rtacha normal yugurishi 725 nm, yugurishning o'rtacha kvadratik ogcishi 126 nm tashkil qiladi, unda bor taqsimoti kesimining asosiy qismi kristall chuqurligining emitter qatlamida joylashadi. Shu yo‘l bilan tayyorlangan tranzistorlarning tok bo‘yicha kuchaytirish koeffitsienti 100- 300 va chegara chastotasi 1-8 GHz ni tashkil qiladi. Nazorat savollari l.Io n legirlashning tuzilmalar olishdagi afzallik va kamchililklarini ayting? 2 . Ion legirlashda p-n o‘tishning joylashish chuqurligi qanday aniqlanadi? 3. Ion legirlash usulida olingan tranzistorda konsentratsiya taqsimoti ko‘rinishini chizing? 4. Ion legirlashda kiritish energiyasi qancha bo‘lishi mumkin? 248 15-BOB. PLANAR TEXNOLOGIYADA HIMOYAVIY DIELEKTRIK PARDALAR 15.1. Umumiy ma’lumotlar Yarimo‘tkazgichli asboblar va integral mikrosxemalarni planar texnologiya bo‘yicha tayyorlashda himoyaviy dielektr pardalar katta rol o‘ynaydi. Ular donor va akseptor kirishmalarni mahalliy diffuziya qilishga, mikrosxemaning aktiv va passiv elementlarini bir-biridan izolatsiyalashga, hamda p-n o'tishlarni tashqi ta'sirlardan himoyalashga imkoniyat beradi. Shuning uchun planar texnologiya himoyaviy dielektr pardalarga quyidagi asosiy talablar qo‘yadi: boshlang‘ich taglik sirtiga diffuziyalanuvchi elementlarning (bor, surma, arsenik va boshqalar) kirishini to ‘la himoyalash; vaqt o'tishi bilan kimyoviy barqarorlik va turg‘unlik; bir jinslilik va nuqsonsizlik; yuqori solishtirma qarshilik va elektr mustahkamlik; yuqori mexanik mustahkamlik talablari qo‘yiladi. Albatta, bu talablarni to ‘la bajaradigan moddani topish qiyin. Biroq m a'lum talablarga javob beradigan moddalar mavjud. Himoyaviy dielektr pardalar uchun tayanch materiallar sifatida kvars, kremniy monooksid va to ‘rt oksidi, kremniy nitridi va boshqalardan foydalanish mumkin. Biroq, hozirgi kunda ikkita material (kremniy IV oksidi va nitridi) keng qo‘llanilmoqda. 15.2. Kremniyni termik oksidlash kinetikasi Planar texnologiyada yarimo‘tkazgichli asboblar va integral mikrosxemalar tayyorlashda kremniyni termik oksidlash usuli keng tarqalgan. Bunda boshlang‘ich kremniy taglikda oksidlovchi muhitda qizdirish natijasida himoyaviy dielektr parda Si 02 olinadi. Bu usul qalinligi va tuzilishi bo‘yicha tekis, hamda yuqori himoya va dielektr xossaga ega boMgan sifatli niqobiovchi parda olish imkoniyatini beradi. 249 Kislorod muhitida kremnini termik oksidlashda himoyaviy dielektr parda SiC >2 ning hosil bolish jarayoni kinetikasini ko‘ramiz. Termik oksidlanish jarayonini bilish uchun oksidlovchi oqim tushunchasini kiritamiz. “Oksidlovchi oqim ” deganda birlik vaqtda taglikning birlik sirtidan o ‘tuvchi oksidlovchi molekulalar miqdori tushuniladi. III.37-rasmda kremniyning termik oksidlanish jarayoni modeli ko‘rsatilgan bo‘lib, u oksidlovchi (gaz)—oksid qatlam (qat.)—kremniy taglikdan iborat. Bu tizim orqali to‘rt oksidga oksidlovchi oqim o ctadi va ularning har biri oksidlovchi tashqi m uhit—kremniy taglik tizim sohalaridan biriga mos keladi. Rasmdan ko‘rinib turibdiki, Fj oqim kremniy taglik sirti tomon oksidlovchi gaz faza massa ko‘chirishiga to‘g‘ri keladi. MaTumki, kremniy sirtida hamma vaqt yupqa oksid qatlami mavjud, unda Fj oqim bu holda oksid sirti tomon oksidlovchini ko‘chirishga mos keladi. Bu ko‘chirish diffuziya jarayoni hisobiga, hamda gaz—tashuvchining oqimi bilan majburiy ko‘chishi hisobiga amalga oshiriladi. Ko‘chish tezligi oksidlanish jarayonining texnologik rejimiga bogiiq boladi. Sanoatda kremniyni termik oksidlash jarayoni uchun aniq bir tezlikda ishchi kamera orqali o‘tuvchi majburiy oksidlovchi F\ oqimdan foydalaniladi: Fj^h(C\ — C2) (III. 79) bu yerda A-oksidlovchi gaz ko‘ rinishidagi massaning ko‘ chirish jarayon tezligi doimiysi; Q -h a jm d a gaz fazadagi oksidlovchining muvozanat konsentratsiyasi; C2—oksid sirti yaqinida III.37-rasm. Kremniyning termik . oksidlanish jarayoni modeli oksidlovchi konsentratsiyasi. 250 Oksidlovchi zarralari oksid sirtiga yetib borganda bu sirtda yutiladi va unda eriydi. Bunda gaz fazada oksidlovchi konsentratsiyasi va qattiq fazada eruvchi oksidlovchi konsentratsiyasi munosabatlaridan taqsimot koeffitsienti aniqlanadi. Oksidda oksidlovchining erish jarayoni harakatdagi kuch gaz-oksid sirt sistemasida oksidlovchi konsentratsiyasi gradienti bo‘ladi. Shuning uchun oksidlovchi oqimi bu yerda 5-oksid qatlamda oksidlovchining erish jarayoni tezligi doimiysi; C 3 — gaz fazali oksid qatlam chegarasidagi oksidlovchi konsentratsiyasi. Oksid qatlamda erigan oksidlovchi gaz faza sirti chegarasidan (oksiddan) oksid chegara (kremniy taglik) tomon diffuziyalanadi. Bu holda oksidlovchi oqim /3 oksid chegarasidagi konsentratsiyalar farqiga proporsional va oksid qatlam qalinligiga teskari proporsional. Shunday qilib, oksidlovchi oqim bu yerda D-oksidda oksidlovchining diffuziya koeffitsienti; CVoksid- kremniy taglik chegarasida oksidlovchi konsentratsiyasi; x0-oksid qatlam qalinligi. Oksid qatlam orqali diffuziyalanuvchi oksidlovchi oksid-kremniy chegarasidan o4ib kremniy bilan reaksiyaga kirishadi. Natijada kremniyning oksidlanishi yangi oksid qatlamni hosil qiladi. /4 oqim oksid-kremniy sirt qismida ro‘y beradigan oksidlanish reaksiyasining kimyoviy tezligini xarakterlaydi. Kremniyning oksidlanish tezligi oksidlovchi konsentratsiyasiga proporsional, natijada bu yerda /:-oksidlanish reaksiyasi tezligi doimiysi. Agar muvozanat rejimida barcha oqimlar bir-biriga teng desak, unda Fl=F 2 =Fi=F4=F bo‘lsa, oqimlar uchun tenglamani birgalikda yechish natijasida oksidlovchining yig'indi oqimi uchun ifoda olish mumkin. ^ 2 ~^( C 3 ), (III.80) (III. 81) р 4 =к C 4 , (III.82) 251 Gaz-tashuvchi laminar (qatlamdor) oqim va oksidlovchini gaz-qattiq jism chegara qismida oksidlovchining konsentratsiyasi taqsimotini chiziqiy deb ko‘rsak, C\=a Cj bu yerda о<д<1, shartdan С С Download 94.09 Kb. Do'stlaringiz bilan baham: |
Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©fayllar.org 2024
ma'muriyatiga murojaat qiling
ma'muriyatiga murojaat qiling