Вопрос 14. Транзисторы и диоды ГИС

Диоды используются в качестве активных элементов гибридных микросхем. Чаще используется бескорпусной вариант. Бескорпусные и корпусные реализации обволакиваются гермитизирующими компаундами, лаками, эмалями, стеклами, смолами, которые защищают p-n переходы от внешних воздействий. Конструкция корпусных диодных матриц предусматривает размещение активного элемента в корпусе.
Конструктивно выполняются с общим анодом или общим катодом.
В качестве выпрямительных и импульсных диодов применяются кремниевые сплавные и диффузионные структуры. Они выступают в корпусном и бескорпусном варианте.
В ГИС, предназначенных для генерации сигнала используется миниатюрные тунельные и обращенные германиевые арсенидогалливае диоды.

В качестве компонентов ГИС применяются транзисторы. Компоненты могут иметь жесткие и гибкие выводы. Способ монтажа компонентов на плату должен обеспечить фиксацию положения компонентов и выводов, сохранение его целостности, параметров и свойств, а также отвод теплоты, сохранение целостности ГИС при термоциклировании, стойкость к вибрациям.

15 Разработка топологии ГИС

Топология ГИС

Топология - геометрическле расположение на подложке, всех плёночных и навесных компонентов, которые расположены в соответствии с конструктивнотехнологическими ограничениями и скомутированные с электрической схемой. На основании разработки топологии, составляется чертёж для изготовления МС т.к. по нему выполняется комплект масок или фотошаблонов, необходимых для создания конфигурации плёночных слоёв.

1 этап
Исходные данные для топологии:
1. Схема,
2. Конструктивные размеры всех плёночных и навесных элементов.
3. Ограничения обусловленные технологией формирования слоёв.

Разрабатывается коммутационная схема, для этого:
1. Из схемы исключают все навесные компоненты, их выводы меняют на контактную площадку.
2. Схема перечерчивается так, чтобы в ней отсутствовали ненудные пересечения
3. Прикидывается примерное расположение внешних контактных площадок с учётом способа герметизации.

2 этап
Оценивается S подложки необходимая для компоновки элементов. По расчитанной S выбирается стандарты размер подложки.

3 этап
Осуществляется компоновка элементов.

4 этап
Оценивается качество топологии(выполнятеся оценка теплового режима, оценка паразитной связи) если результаты не обеспечивают требуемых режимов, то топология дорабатывается.

ОКИСЛЕНИЕ

Слои диоксида кремния используются в электронике:

1. как маска для диффузии легирующих примесей

2. для пассивации поверхности полупроводников

3. для изоляции отдельных элементов СБИС друг от друга

4. в качестве подзатворного диэлектрика

5. в качестве одного из многослойных диэлектриков в производстве МОП элементов памяти

6. в качестве изоляции в схемах с многослойной металлизацией

7. как составная часть шаблона для рентгеновской литографии

Достоинства SiO₂

8. SiO₂ — "родной" для кремния материал, поэтому легко из него получается

9. SiO₂ можно легко стравить с подложки с помощью плавиковой кислоты (HF), не повредив кремний

10. SiO₂ является барьером для диффузии бора, фосфора, мышьяка

11. SiO₂ является хорошим изолятором (имеет высокую напряжённость пробоя)

12. SiO₂ стабилен до 10⁻⁹ Тор (10⁻⁷ Па) и T > 900 °C

13. SiO₂ не растворяется в воде

На поверхности кремния выращивается плотная пленка двуокиси кремния, которая имеет близкий к кремнию коэффициент теплового расширения, что позволяет использовать ее как надежное защитное покрытие, а также как изолятор отдельных компонентов ИМС, маску при проведении локальной диффузии и как активную часть прибора в МДП- структурах.

Отметим, что в микроэлектронике наиболее часто используются окислы кремния толщиной в несколько десятых долей микрона а верхний предел по толщине для обычного термического окисления составляет 1-2 мкм. В технологии СБИС используются также как более тонкие, так и более толстые пленки SiO2.

Одним из приборов, в которых используются сверхтонкие слои двуокиси кремния толщиной 2 - 5 нм являются энергонезависимые элементы памяти. Обычно для этих целей применяется многослойная структура - металл - нитрид кремния - двуокись кремния - кремний (МНОП транзистор). SiO2 в данной системе позволяет произвести контролируемую инжекцию заряда в нитрид кремния при подаче высокого потенциала на затвор транзистора (цикл записи или стирания информации) и препятствует растеканию этого заряда в отсутствии потенциала на затворе (хранение информации).

По мере повышения степени интеграции ИС становится необходимым получение пленок подзатворного диэлектрика с хорошо контролируемыми параметрами толщиной 20-50 нм. В ряде случаев необходимо иметь качественные пленки SiO2 толщиной 5 - 100 нм под маскирующими слоями нитрида кремния для предотвращения появления дефектов в кремниевой подложке, обусловленных наличием механических напряжений.

Однако необходимо учитывать, что для пассивирования ионов натрия хлором, вводимым в пленку в процессе окисления, требуются достаточно высокие температуры окисления. Плотность окисла и концентрация дефектов в кремнии также определяются температурой. Часто применяется двухстадийный процесс сухого окисления кремния, состоящий из окисления с добавлением HCl при средних температурах (около 1000 єС), с последующей термообработкой в атмосфере O₂, N₂ и HCl при температуре 1150 єС.

Толстые окисные пленки получают, как правило, во влажной атмосфере при повышенном давлении. По своим свойствам они более пористые, имеют меньшие значения напряженности пробоя. Такие пленки используются в биполярной технологии для создания окисной изоляции и в МОП технологии - для выращивания толстых изолирующих слоев. Верхний предел по толщине для термического окисления составляет 1-2 мкм. Пленку такой толщины получают при давлении 2*10⁶ Па при окислении в парах воды и температуре 900 єС в течение 1 - 2 часов.

Вопрос 17. Основные операции планарно-эпитаксиальной технологии. Эпитаксия

Эпитаксия – это наращивание слоев вещества воспроизведением кристаллографических структур подложки

Термин "эпитаксия" применяют к процессам выращивания тонких монокристаллических слоев на монокристаллических подложках. Материал подложки в этом процессе выполняет роль затравочного кристалла.

Данная операция сопровождается температурой 1000…1200^о С в зависимости от метода.

Эпитаксиальный слой – слой выращенный на поверхности подложки с той же кристаллографической ориентацией что и подложка. Данный слой отличается от подложки высоким сопротивлением и отсутствием примесей.

Данный слой получают для формирования в нем области транзистора.

Концентрация примеси составляет примерно n = 10¹⁶ см^-3 .

Виды:

1.Гетроэпитаксия – процесс наращивания слоёв отличающихся составом от их подложки.

2.Автоэпитаксия - процесс наращивания слоёв одинаково по структуре что и подложка.

3.Хемоэпитаксия - процесс наращивания слоёв сопровождающихся их хим. взаимодействием с подложкой.

ДИФФУЗИЯ

Диффузия – это процесс переноса примесных атомов из среды, где их концентрация велика, в область с меньшей концентрацией за счет теплового хаотического движения частиц вещества.

Диффузия нужна для: внедрения примеси и создания областей в транзисторе.

Основы метода. В полупроводниках диффузия может осуществляться тремя способами. При обменном механизме происходит простой обмен местами двух атомов или кольцевой обмен с участием нескольких атомов. При вакансионном механизме диффузия осуществляется последовательных перескоков примесных атомов замещения из собственных узлов в вакантные (свободные) узлы. Дифузия при междуузельном механизме осуществляется в результате последовательных переходов примеси внедрения из одного междуузлия в другое.

Для образования одной вакансии необходима энергия, равная нескольким электрон -вольтам. При комнатных температурах количество вакансий мало, на … атомов полупроводника приходится одна вакансия. С увеличением температуры до 1000…1200 число вакансий становится сравнимо с числом атомов полупроводника. Под действием тепловых колебаний атомы примеси могут занять место соседней вакансии и таким образом передвинуться. Вероятность перехода примеси из узла в вакантный узел P зависит от вероятности наличия соседних вакансий и от вероятности преодоления потенциального барьера при переходе атома на место вакансии.

Дата добавления: 2015-11-28