Поверхности полупроводников

Полупроводниковой ИС называется ИС. все элементы и межэлементные соединения которой выполнены в объеме и на поверхности полупроводника.

Полупроводниковые микросхемы — микроэлектронные изделия, выполняющие определенную функцию преобразования и обработки сигнала, все элементы и межэлементные соединения которых выполнены в объеме и на поверхности полупроводника.

Полупроводниковая интегральная микросхема — интегральная микросхема, все элементы и межэлементные соединения которой выполнены в объеме и на поверхности полупроводника.

Таким образом, при контакте металла с полупроводником в прилегающем к поверхности полупроводника объеме могут возникнуть:

Структура МДП применяется-для создания МДП-транзисторов, широко используемых в интегральных микросхемах. В основе работы МДП-структуры лежат поверхностные явления в полупроводнике. Свойства полупроводника на поверхности и в глубине <ри-сталла различны и зависят от технологических методов обработки поверхности полупроводников. В результате обработки полу!ро-водниковых структур возникают энергетические уровни (состояния), называемые поверхностными, на которые переходят электроны из валентной зоны. В полупроводниках из-за малой концентрации свободных носителей около поверхности возникает слой пространственного заряда достаточно большой толщины, свойства которого изменяются при приложении перпендикулярно поверхности полупроводника электрического поля.'

Детекторные СВЧ диоды (табл. 5.3) предназначены для детектирования радиоимпульсов СВЧ колебаний. Устройства, в которых применяются эти диоды, называются детекторами. В детекторных диодах используются выпрямляющие свойства точечного контакта металл — полупроводник, который образуется при прижатии к поверхности полупроводника контактной металлической пружины с заостренным концом.

Устройство. Полупроводниковая интегральная микросхема — ИМС, элементы и межэлементные соединения которой выполнены в объеме и на поверхности полупроводника.

После изготовления всех элементов (транзисторов, диодов, резисторов и др.) полупроводниковых ИМС необходимо создать межэлементные соединения, формирующие окончательную структуру принципиальной схемы определенного назначения, а также контактные площадки для подсоединения внешних выводов корпуса. Для этого предварительно окисленную поверхность пластины кремния покрывают слоем осажденного алюминия (например, методом вакуумного напыления) толщиной 0,5—2 мкм, который после заключительной операции фотолитографии через окна фоторезиста в ненужных местах стравливают. На поверхности полупроводника остается требуемый рисунок алюминиевых проводников шириной около 10 мкм и контактные площадки. Соединение контактных площадок с выводами корпуса осуществляют в большинстве случаев с помощью золотых проволочек диаметром 25—50 мкм ультразвуковой или термокомпрессионной сваркой.

Рассмотрим полупроводник, в запрещенной зоне которого имеется поверхностный рекомбинационный центр &$• Пусть в нем равномерно по всему объему генерируются неравновесные носители заряда, обозначим их избыточные концентрации через An и Др. Наличие у поверхности полупроводника уровня Ss, выполняющего роль «стока» для неравновесных носителей заряда, приводит к возникновению направленных потоков носителей к поверхности, пропорциональных значениям их избыточной концентрации:

Из (2.25) видно, что Sn и Sp выражают относительную долю избыточных носителей заряда, ежесекундно рекомбинирующих в единице площади поверхности полупроводника, эти коэффициенты имеют размерность скерости и называются скоростями поверхностной рекомбинации электронов и дырок. Связь между скоростью поверхностной рекомбинации и временем жизни т в общем случае установить трудно, найдены решения этой задачи только для частных случаев.

Заряжение поверхности полупроводника вызывает возникновение разности потенциалов между его поверхностью и объемом. Следствием этого является искривление энергетических зон у поверхности. При заряжении поверхности отрицательным зарядом энергетические зоны изгибаются вверх, так как при перемещении электрона из объема к поверхности его энергия увеличивается. При заряжении поверхности положительным зарядом зоны изгибаются вниз. Изгиб простирается в глубь полупроводника примерно на величину LD-

Учебник состоит из десяти глав, название которых соответствует разделам программы курса. Четыре первые главы посвящены изложению физических основ работы полупроводниковых приборов. Материал этих глав излагается с учетом знакомства читателя с курсом «Основы физики твердого тела», предшествующего настоящему курсу. Автор счел необходимым включить в первую главу основные понятия и термины из основ зонной теории в минимальном объеме, необходимом для изложения основного материала учебника. Вторая глава посвящена краткому описанию физических процессов, используемых в микроэлектронике. Особое внимание уделено физическим явлениям и процессам, протекающим в пленочных структурах и положенным в основу принципа работы интегральных микросхем. К этим явлениям, в первую очередь, относятся электронные процессы на поверхности полупроводников, явления переноса носителей заряда в полупроводниках, различные механизмы токо-прохождения в пленочных структурах. При написании этой главы были использованы работы по теоретическим основам микроэлектроники, опубликованные за последние годы.

Структура МДП применяется-для создания МДП-транзисторов, широко используемых в интегральных микросхемах. В основе работы МДП-структуры лежат поверхностные явления в полупроводнике. Свойства полупроводника на поверхности и в глубине <ри-сталла различны и зависят от технологических методов обработки поверхности полупроводников. В результате обработки полу!ро-водниковых структур возникают энергетические уровни (состояния), называемые поверхностными, на которые переходят электроны из валентной зоны. В полупроводниках из-за малой концентрации свободных носителей около поверхности возникает слой пространственного заряда достаточно большой толщины, свойства которого изменяются при приложении перпендикулярно поверхности полупроводника электрического поля.'

Как известно, поверхностный потенциал реальной поверхности полупроводников мало зависит от типа электропроводности и концентрации легирующей примеси и определяется химическим составом окружающей среды и характером обработки поверхности. Поэтому с течением времени поверхностный потенциал стабилизируется. Например, как показывают результаты исследований, на воздухе в результате роста естественного слоя оксида на свежей поверхности эпитаксиального слоя кремния поверхностный потенциал изменяется: для кремния «-типа первоначальный изгиб зон, не превышающий 4kT, после длительной выдержки на воздухе увеличивается до (18 — 20) kT; толщина обедненной области пространственного заряда приближается к своему максимальному значению; для кремния р-типа изгиб зон от (22 — 25)kT, что соответствует сильному обеднению приповерхностной области основными носителями заряда, уменьшается до значения, не превышающего 2kT. Таким образом, составляющая систематической погрешности при измерении удельного сопротивления после длительной выдержки эпитаксиальной структуры на воздухе, обусловленная влиянием избыточной поверхностной проводимости, невелика для кремния р-типа и возрастает для кремния л-типа. Рассмотренный пример относится к кремнию n-типа с р=0,1-=-16 Ом-см и р-типа с р<50 Ом-см.

Если отражение происходит от поверхности полупроводника, покрытого диэлектрической пленкой, или от структуры эпитакси-.•альная пленка — подложка, то эллипсометри веские параметры тз и Д зависят от показателей преломления и коэффициентов экстинк-ции подложки и пленки, а также от толщинь пленки. В частности, зависимость тз и Д от толщины пленки положена в основу метода измерения толщины диэлектрических пленок на поверхности полупроводников и толщины эпитаксиальных слоев на сильнолегированных подложках в структурах п-п+- и р-р+-типа. В инфракрасной области спектра, например на длине волны 10,6 мкм, поглощение света происходит в основном на свободных носи"елях заряда и потому эпитаксиальные структуры п-п+- и р-р+-типа эквивалентны структуре прозрачная пленка — поглощающая подложка.

Быстрое развитие микроэлектроники приводит к необходимости разработки новых и совершенствования существующих технологических процессов производства дискретных полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. При подготовке специалистов в области полупроводниковой технологии главное внимание прежде всего следует уделять анализу основных, наиболее существенных классов технологических процессов, которые являются общими в производстве различных типов полупроводниковых приборов и микросхем. К таким процессам относятся механическая, механо-химическая, физическая, химическая, электрохимическая и фотохимическая обработка поверхности полупроводников, формирование электронно-дырочных структур (эпитаксия, диффузия, ионная имплантация), методы создания омических контактов к приборам, защита поверхности полупроводниковых приборов и стабилизация ее свойств. Именно такой принцип и положен в основу построения настоящего пособия.

Глава 2. ХИМИЧЕСКАЯ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ПОВЕРХНОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВ

Потенциалы кремния п- и р-типов в смеси HNO3 — HF различны и более отрицательны для полупроводника и-типа. Разность потенциалов для поверхности полупроводников п- и р-типов растет с увеличением концентрации HF.

Наряду с химической в полупроводниковой технологии широко применяется электрохимическая обработка поверхности полупроводников с целью выявления границ р-л-пере-ходов, профиля распределения примесей, электрохимического полирования, электролитического резания, локального профилирования, получения сверхтонких слоев в отдельных областях кристалла, нанесения гальванических покрытий и т. д.

Глава 2. Химическая и электрохимическая обработка поверхности полупроводников (42).

§ 8.1. Стабилизация поверхности полупроводниковых приборов (253). § 8.2. Защита поверхности органическими покрытиями (257) § 8.3. Защита поверхности окислением (260). § 8.4. Зашита поверхности осажденными пленками диоксида кремния (272). § 8.5. Маскирующие свойства слоев диоксида кремния (276). § 8.6. Покрытия из нитрида кремния и оксида алюминия. Комбинированные покрытия (278). § 8.7. Защита покрытиями из легкоплавких стекол (284).

Перед операцией травления с поверхности полупроводников удаляют органические загрязнения: жиры, масла,, смазки и наклеенные материалы, попадающие на поверхность полупроводников в процессе резки кристаллов на» станках. Полупроводники отмывают (обезжиривают) в нагретых для ускорения процесса растворения органических, растворителях: индивидуальных углеводородах (бензин, то-луол и др.); смесях углеводородов (бензина, керосина,скипидара и др.); спиртах (этиловый, метиловый, бутиловый: и др.); эфирах уксусной кислоты (ацетаты); кетонах (ацетон, метилэтилкетон и др.); сероуглероде ихлороорганичес-ких соединениях (четыреххлористый углерод, дихлорэтан и др.).



Похожие определения:
Поверхности напряженность
Поверхности охватывающей
Поверхности появляются
Поверхности проводящей
Поверхности соприкосновения
Поверхности возникает
Поверхностных состояний

Яндекс.Метрика