2-Ma’ruza. Integral mikrosxemalarni tayyorlash texnologiyasi Reja: Integral mikrosxemalarni tayyorlash texnologiyasining elementlari

Legirlash. Boshlang’ich plastinkaga kirishmalarni yuqori haroartlarda diffuziya yo’li bilan kiritish diod va tranzistor strukturalarni hosil qilish maqsadida yarimo’tkazgichlarni legirlashning dastlabki va hozzirgi kundagi asosiy usuli hisoblanadi.shu sababli uni batafsilroq ko’rib chiqamiz.So’ngi paytlarda legirlashning boshqa usuli-ion implantatsiya usuli ham keng tarqaldi.
Diffuziya usuli. Diffuziya umumiy va maxalliy bolishi mumkin.Birinchi holatda u plastinaning butun sirti bo’yicha amalga oshirilsa (a-rasm).ikkinchi holatda esa plastinaning ma’lum bir sohasiga niqobdagi darcha orqali amalga oshiriladi(b-rasm).

1-rasm.Kremniyda kirishmalarning umumiy (a) va mahalliy (b) diffuziyasi
Umumiy diffuziya plastinada yupqa diffuzion qatlamni hosil bo’lishiga olib keladi.Hosil bo’lgan qatlam epitaksional kirishmalarning taqsimoti bir jinsli bo’lmasligi bilan farq qiladi(1-rasmdagi N_a(x) egri chiziq).
Maxalliy diffuziya holatida kirishma nafaqat plastina chuqurligiga,balki barcha perpindikulyar yo’nalishda, ya’ni niqob ostida tarqaydi.Yon diffuziya natijasida sirtga chiquvchi p-n-o’tishning sohasi oksid qatlam bilan ximoyalangan bo’ladi(2,b-rasm).Yon va asosiy-“vertikal”diffuziya chuqurliklari orasidagi nisbat bir qator omillarga,shu jumladan diffuzion qatlam L chuqurligiga bog’liq bo’ladi.Yon diffuziya chuqurligining odatiy qiymati 0,7Lni hisoblasa bo’ladi.
Diffuziyani bir marotaba va ko’p marotaba o’tkazish mumkin.Masalan,n-turdagi boshlang’ich plastinaga 1-diffuziyada akseptor kirishmasini kiritib,p-qatlam olinsa,2-diffuziya vaqtida olingan p-qatlamga (kichik chuqurlikka) donor kirishmasini
Ion implantatsiyasi vaqtida birikma atomlari kuchli elektr maydonida ionlanadi va ionlar oqimi bilan oldindan tayyorlangan oksidli qatlam bilan plastinka yuzasini nurlantiradi (11-rasm). Sirtga yaqinlashganda bir xil energiyaga ega bo'lgan ionlar kremniyga kirganda yadrolar bilan bir necha marta to'qnashadi va oksid atomlarining elektronlari bilan Kulon kuchi o'zaro ta'sir qiladi, bu esa ionlarning to'liq to'xtaguncha asta-sekin sekinlashishiga olib keladi. Kremniy kristalidagi individual ion tomonidan bosib o'tiladigan yo'l (yo'l uzunligi) tasodifiy qiymatdir va kristallga kiritilgan ionlar to'plami uchun o'rtacha yo'l uzunligi λ _sr bilan baholanadi .

11-rasm. Ion implantatsiyasi bilan ionlar oqimi bilan oldindan tayyorlangan oksidli qatlam bilan plastinka yuzasini nurlantirish sxemasi

O'rtachaga nisbatan individual yugurishlarning tarqalishi standart og'ish bilan baholanadi .

Yo'l taqsimoti parametrlari λ_cf va σ ion energiyasiga E ga bog'liq , shuningdek, atomining samarali diametriga (boshqacha aytganda, e lementlarning davriy jadvalidagi tartib raqami z ga).
Oksid materiali(SiO ₂) kremniy bilan solishtirganda zichroq tuzilishga ega bo'lib, ionlarning kuchliroq sekinlashishi kuzatiladi, buning natijasida faqat oz miqdordagi ionlar himoya qatlamiga kirib, kremniyga singib ketadi. Shu tufayli qotishmaning selektivligiga erishiladi. O'nlab va yuzlab kiloelektronvolt energiyada ion kremniy yadrolari bilan to'qnashganda atomlarning panjara oraliqlariga ommaviy siljishini keltirib chiqarishga qodir. Yagona kristall strukturasining buzilishi natijasida kiritilgan himoya qatlamining katta miqdori passiv bo'lib, mobil zaryad tashuvchilarni yarata olmaydi va himoya qatlamining faol qismi past harakatchanlik bilan tashuvchilarni hosil qiladi. Shikastlangan qatlamni tiklash va butun o'rnatilgan ifloslanishni faol holatga o'tkazish uchun qisqa (taxminan 1 ms) va kuchli infraqizil nurlanish zarbasi bilan nurlanish orqali sirt qatlamini tozalashga murojaat qilinadi.
Jadval 2. Ion implantatsiyasi paytida kremniydagi qotishma elementlarning ionlarini taqsimlash parametrlari ( E [keV], _cf [nm],  [nm]).

E	B(z=5)		A1(z=13)		P(z=15)		As(z=33)
	cf		cf		cf		cf	
1	4	4	4	2	3	2	4	1
3	11	7	7	4	7	4	6	2
5	17	11	9	5	9	5	9	3
10	33	18	16	8	15	8	13	5
20	65	29	29	14	26	12	19	7
30	97	38	42	19	37	17	25	9
40	129	46	56	24	49	21	30	11
50	159	52	70	29	61	26	35	13
60	188	57	84	34	73	30	40	15
70	216	62	99	38	86	34	45	16
80	244	66	113	43	98	38	51	18
100	296	73	143	51	124	46	61	21
120	346	79	173	58	150	53	71	25
140	394	84	202	65	176	60	82	28
160	439	89	232	72	202	66	92	31
180	483	92	262	78	229	72	103	35

Ion implantatsiyasining aralashmalarning termal tarqalishiga nisbatan afzalliklari quyidagilardan iborat:
1.Jarayon plitalarni isitishni talab qilmaydi va shuning uchun ilgari hosil bo'lgan qatlamlarning parametrlarini o'zgartirishga olib kelmaydi (diffuziya va distillash tufayli).
2.Ion nuri plastinkaga perpendikulyar bo'lgani uchun, doplangan hududning o'lchami oksidi himoya qobig’idagi darchaning o'lchamiga to'liq mos keladi.
3.Kiritilgan ifloslanish miqdori aniq dozalanadi (nurlanish jarayonida nazorat qilinadi).
4.Ion implantatsiyasi jarayonining kamchiligi shundaki, doimiy ion energiyasida bir vaqtning o'zida sirtda zaif bog’lanish mavjudligi bilan chuqur o'tishni olish mumkin emas. Shu munosabat bilan, amalda ular ikkita variantdan biriga murojaat qilishadi (12-rasm):

12-rasm. Chuqur profillarni shakllantirish: a - bosqichma-bosqichli jarayon;
b - diffuziya distillash bilan implantatsiya kombinatsiyasi
Chuqur profillarni shakllantirishda sirtdan o'tishgacha uzluksiz va chuqur taqsimlanishi turli xil energiyalarda bir necha bosqichlari bilan ta'minlanadi. X _n profil p-n-o'tishning ma'lum chuqurligini ta'minlaydi va oxirgi N ₀ kerakli sirt konsentratsiyasidir.
Past energiyada implantatsiya qilish, kerakli doping dozasini Q va sirtda aralashmalar mavjudligini ta'minlaydi, diffuziyon distillash esa p-n-birikma X _n paydo bo'lishining berilgan chuqurligini ta'minlaydi.
Agar ion oqimining yo'nalishi kremniy monokristalidagi asosiy kristallografik yo'nalishlarga to'g'ri kelmasa, unda aralashmaning chuqurlikdagi taqsimoti Gauss qonuniga bo'ysunadi:
(9)
Agar 9-ifodada X=0 bo’lsa N ₀ ,X= λ_SR bo’lganda esa N _max X= λ_SR da va X = X _n N _ref formulalarini olish mumkin :
(10)
(11)
(12)
(11) va (12) ifodadan quyidagi tenglikni olish mumkin
(13)
va (10) dan - sirt konsentratsiyasi berilgan N ₀ qiymatidan kam bo’lmasli lozim
(14)
13-formuladagi "±" ishorasi agar taqsimlash profili etarlicha chuqur bo'lsa, ikkita o'tish (yashirin qatlam) hosil bo'lishini aks ettiradi.
Implantatsiya rejimlarini hisoblashda (11), (13), (14) ifodalar qo'llaniladi. Bularga quyidagilar kiradi: zaif atomlar ionlanishining ko'pligi n (boshqacha aytganda, ion tomonidan olib boriladigan birlik zaryadlari soni), tezlashtiruvchi kuchlanish U _tezlashuvchi [kV] va doping dozasi Q [sm ^-2 ].
Birlik zaryad va tezlatuvchu kuchlanish energetik E[keV] bog’lanishni ifodalaydi.
(15)
Doping dozasi esa quyida tenglama orqali ifodalanadi:
(16)
Bu erda J - ion oqimining zichligi [A / sm ² ], t - nurlanish vaqti [s], q - elektron zaryadi (1,6 × 10 ¹⁹ C),n-birlik zaryadlar soni.
(15) va (16) ifodalardan kelib chiqadiki, ionlanish tezligini 2 yoki 3 ga oshirish lozim chunki energiyaga erishish uchun zarur bo'lgan tezlashtiruvchi kuchlanishni kamaytiradi, lekin shu bilan birga nurlanishning davomiyligini (yoki ion oqimining zichligini) kerakli doping dozasini oshiradi. Bundan tashqari, 2^x yoki 3^x zaryadlangan ionlar oqimini olish uchun o'rnatishning tushirish kamerasiga beriladigan quvvatni oshirish kerak. Shunday qilib, ionlash tezligining oshishi faqat n = 1 uchun hisoblangan tezlashtiruvchi kuchlanish obyektning imkoniyatlaridan oshib ketgan taqdirdagina oqlanadi .