Технологические основы электроники (стр. 2 из 5)

Максимальная концентрация примеси, соответствующая средней длине пробега ,

(2)

а концентрация примеси на уровне р-n-перехода

(3)

Если допустить, что в процессе отжига вся внедренная примесь переходит в активное состояние, а перераспределением примеси можно пренебречь, то глубина залегания р-n-перехода из (2) и (3) окажется равной

(4)

Знак «±» указывают на возможность получения двух переходов на разной глубине, т. е. образования заглубленного (скрытого) слоя. Так, например, при внедрении бора с энергией ионов 160 кэВ и концентрацией N_max=10¹⁸ см^-3 в пластину с концентрацией фосфора N_исх=10¹⁶ см^-3 образуются два перехода на глубине 0,248 и 3,952 мкм. Необходимая при этом доза легирования согласно (2) равна 2,9х10¹³ см^-2. Решение обратной задачи, т. е. определение энергии ионов, необходимой для образования переходов на заданной глубине, может быть выполнено лишь на ЭВМ с помощью итерационных алгоритмов.

В монокристаллах можно выделить направления, вдоль которых имеются периодически расположенные атомные цепочки и свободные от атомов каналы. При облучении мишени в таких направлениях наблюдаются аномально большие пробеги ионов, так как большая их часть проникает в глубь решетки по каналам, испытывая относительно слабое торможение. В кремнии эффект каналирования ионов наблюдается в направлениях <110>, <100> и <111>. Наименьшая плотность атомов имеет место в плоскостях {110} (рис. 6), наибольшая — в {111}. Соответственно средняя длина пробега ионов в направлениях <110> вдвое больше, чем в направлениях <111>.

Рис. 6 Проекция структуры Si на плоскость (110)

При каналировании потери энергии ионов происходят в основном за счет взаимодействия с электронами. Ядерное торможение в канале возможно только при столкновении ионов с атомами полупроводника и примеси, расположенными в междоузлиях. Часть ионов испытывает раннее торможение вблизи поверхности кристалла из-за столкновений с атомами кристаллической решетки. По мере облучения мишени плотность дефектов в приповерхностном слое возрастает (каналы перекрываются атомами, смещенными в область канала) и эффект каналирования исчезает. Характер распределения примесей, отвечающий описанным явлениям, показан на рис. 7. При больших дозах облучения в распределении примеси имеется два максимума.

Рис. 7 Распределение примеси при каналировании ионов:

1 — при умеренных дозах легирования;

2 — при больших дозах легирования

7. Какой минимальный размер элементов можно получить при рентгеновской литографии? Чем ограничена разрешающая способность?

При помощи рентгеновской литографии можно достичь разрешения

до 0,05 мкм.

В отличие от фотолитографии, где экспонирование производится широкими коллимированными световыми пучками, рентгенолитография не располагает соответствующей «оптикой» и экспонирование на рентгеновских установках приходится выполнять в пучках с большим углом расходимости. При наличии зазора между шаблоном и подложкой это приводит к искажению размеров и смещению элементов рисунка, передаваемого в слой резиста. Максимальное смещение элемента возникает на периферии пластины и равно

, параметры на рис. 8.

Рис. 8 Схема экспонирования на рентгеновской установке с вращающейся мишенью

Кроме того, конечные размеры пятна на поверхности мишени из-за низкой степени фокусировки снижают контрастность изображения в слое резиста. Размытость изображения, т. е. ширина зоны полутени по контуру элемента,

. Удовлетворительные результаты получают при mm, мкм и см.

Расходящиеся пучки рентгеновских трубок имеют в плоскости подложки невысокую плотность потока энергии. Это вынуждает использовать в производстве высокочувствительные негативные рентгенорезисты, обладающие ограниченным (~0,5 мкм) разрешением.

8. Дать характеристику диэлектрических паст, которые используются при изготовлении изоляции толстопленочных ИМС.

Диэлектрические пасты подразделяют на два вида: для диэлектриков конденсаторов (типа ПК) и для межслойной изоляции (типа ПД).

Конденсаторные пасты должны обеспечивать удельные емкости порядка тысяч пикофарад на 1 см² при толщинах пленки до 40 мкм. В связи с этим функциональную фазу составляют из порошков сегнетоэлектриков (например, титаната бария ВаТiO₃), имеющих высокие значения диэлектрической проницаемости. Особые требования предъявляются при этом к конструкционной связке, которая должна не реагировать с функциональной основой, обеспечивать сплошность структуры и образовывать тонкие прослойки между функциональными частицами (для обеспечения высоких значений

). Паста ПК-1000-30 на основе титаната бария хорошо совмещается с проводниками на основе серебряно-палладиевых паст и вжигается при t=600—650 °С. При толщине 25—30 мкм она имеет удельную емкость 3700—10000 пф/см², т. е. того же порядка, что и тонкопленочные конденсаторы.

Пасты для межслойной изоляции и защитных покрытий должны обладать удельной емкостью не выше 200 пф/см². Толщина изоляционных слоев достигает 70 мкм. Такие пасты составляют на основе стекол, которые в этом случае одновременно являются и функциональной, и конструкционной фазами. Например, пасту ПД-2 составляют на основе стекла СУ-273 с добавкой Al₂O₃ в качестве наполнителя. В состав органической связки входят канифоль, стеариновая кислота, вазелиновое масло, ланолин, вакуумное масло. Паста обеспечивает С_O=120 пф/см² при пробивном напряжении 500 В.

Основная технологическая задача при формировании слоев из стекол заключается в том, чтобы избежать растекания слоя в процессе вжигания, а также при повторных нагревах. Растекаемость уменьшает толщину слоя, за счет чего возрастает удельная емкость, а также приводит к затеканию стекла на контактные площадки.

Хорошие результаты при создании межслойной изоляции дают пасты на основе ситаллоцементов, в которых при нагревании образуется кристаллическая фаза (по типу ситаллов), предотвращающая размягчение слоя при повторных нагревах. Например, ситаллоцемент марки СЦ-273, синтезированный на основе стекол системы SiO₂—PbO—ZnO—TiO₂, вжигается при температуре 750 °С. Для уменьшения его растекания при вжигании вводят наполнители: порошок Al₂O₃ (15—20 масс. %) и порошок 22ХС (0—5 масс. %). Удельная емкость в этом случае составляет 180 пф/см² при толщине слоя 60—70 мкм. При той же толщине ситаллоцементы СЦ-215 и СЦ-36 на основе SiO₂—BaO— Al₂O₃ с порошком 22ХС обеспечивают Со=120 пФ/см².

При приготовлении паст их компоненты точно взвешивают в соответствии с рецептурой и тщательно перемешивают.

9. Описать способы подгонки толстопленочных элементов

Подгонка толстопленочных резисторов заключается в удалении части их материала, в результате чего сопротивление резисторов возрастает. Подгонка толстопленочных конденсаторов состоит в удалении части верхней обкладки, в результате чего емкость конденсаторов уменьшается. Поэтому, чтобы исключить неисправный брак, требуется настраивать процесс печати элементов путем корректировки состава паст или толщины слоев так, чтобы резисторы имели заведомо заниженные значения сопротивлений, а конденсаторы—завышенные-значения емкости (рис. 9).

Рис. 9 Относительное расположение полей рассеяния и допуска до подгонки:

а — для толстопленочных резисторов; б — для толстопленочных конденсаторов (

и - поля допусков на сопротивление резисторов и емкость конденсаторов соответственно)

При подгонке конденсаторов необходимо тщательно подбирать режимы обработки во избежание короткого замыкания обкладок. В процессе подгонки выводы подложки устанавливают в контактное приспособление, связывающее элементы схемы с измерительным устройством. Затем, последовательно «опрашивая» элементы, их измеряют и обрабатывают. Для этого каждый элемент схемы должен иметь индивидуальный выход на выводы подложки. При необходимости вводят либо временные (технологические) перемычки, впоследствии удаляемые (рис. 2.50,а), либо временные армированные выводы, которые отрезают после подгонки (рис. 2.50,6).

Рис. 10 Подложки с толстопленочными резисторами (а) и конденсаторами (б)

При подгонке элементов на подложках, не имеющих выводов (по аналогии с ситалловыми подложками тонкопленочных микросхем, контактирование осуществляется через контактные площадки элементов с помощью зондов измерительного устройства.