ANALOQ İNTEQRAL SXEMLR
1. İnteqral sxemlYrin hazırlanma texnalogiyası
1.1. Silisium cihazlarının hazırlanma texnologiyasında Ysas YmYliyyatlar: Diodlar, tranzistorlar vY inteqral sxemlYr (İS) kimi mxtYlif silisium cihazlarının hazırlanması çn aşağıdakı Ysas YmYliyyatlar istifadY olunur: 1) diffuziya (vY ion aşqarlama), 2) oksidlYmY, 3) fotolitoqrafiya, 4) qaz fazadan kimyYvi 銹kdrmY (o cmlYdYn epitaksial btmY), 5) metallaşdırma.
Sadalanan YmYliyyatların kYyi ilY monokristal silisium lhYsindYn diskret cihazlar (yYni ayrı-ayrı diodlar vY tranzistorlar) vY İS almaq olar. Bir silisium lhYsi zYrindY onlarla, yzlYrlY vY hYtta minlYrlY diskret cihaz vY ya İS yerlYşdirilY bilYr.
Ayrı-ayrı cihazların hazırlanması çn lhY1 kristallara bnr. Sonra bu kristallar gdYyY2 yerlYşdirilir. GdYlYrin vY yığma sullarının 輟x saylı nlYri muddur. Kristalların gdYyY yığılması iki mYqsYd gdr: 1) kristalın xarici tYsirdYn qorunması çn onun hermetizasiyası, vY 2) cihazın elektron sistemY qoşulması çn istifadY olunan çıxıntıların kYyi ilY kristalın ayrı-ayrı hissYlYrinY mdaxilYnin mmknlynn tYmin olunması.
Yuxarıda sadalanan Ysas YmYliyyatlar texnoloji tsikl drndY, adYtYn, bir neçY dYfY tYkrarlanırlar, YsasYndY İS halında, nY vaxt ki, fotolitoqrafiya, oksidlYmY vY diffuziya YmYliyyatları 10 dYfYyY qYdYr tYkrarlana bilYr.
1.2. Silisium lhYnin hazırlanması
Silisium cihazların hazırlanması çn, ke輅ricilik nvY aşqarlama sYviyyYsi ilY fYrqlYnYn monokristal silisium lhYsindYn istifadY olunur. Silisium lhYnin hazırlanması aşağıdakı Ysas mYrhYlYlYrY bnr: 1) kristalın aşqarlama ilY müşaiyYt olunan yetişdirilmYsi, 2) klçYnin uclarının kYsilmYsi vY onun hamarlanması3, 3) klçYnin lhYlYrY kYsilmYsi, 4) klçYnin emalı vY lhYlYrY kYsilmYsi, 5) lhYnin yuyulması. Aşağıda bu mYrhYlYlYrin qısa tYsviri verilir.
1.2.1. Kristalın yetişdirilmYsi4. Kristalın yetişdirilmYsi prosesinin mYqsYdi müYyyYn n ke輅riciliyY vY müYyyYn sYviyyYli aşqarlanmaya malik monokristal silisium klçYsinin alınmasıdır. İlkin material kimi yksYk tYmizliyY malik polikristal silisiumdan istifadY olunur. Bu materialın tYmizliyi adYtYn 99,9999999 vY ya 9 doqquzdan bk olan rYqYmlY xarakterizY olunur. Bu rYqYm milyard silisium atomuna bir atom qatışıq konsentrasiyasına uyğundur. Vahid hYcmdY () silisium atomu olur, ona gY dY qatışığın atomlarının nisbi miqdarı onların mtlYq konsentrasiyasına uyğun gYlir. Bu qalıq qatışıq, adYtYn akseptor atomlarından, mYsYlYn bor atomlarından ibarYt olur vY silisiumun, qatışığın gtYrilYn konsentrasiyasına uyğun xsusi mqavimYti tYqribYn tYşkil edir. SYnaye tYrkibindY rYqYmindYn ki輅k olan polikristallik silisium istehsal edir.
Monokristallik silisium klçYsi hazırlamaq çn daha 輟x ヌoxralski metodundan istifadY olunur.
Monokristallik silisium klçYsi almaq çn, YsasYn dY 輟x yksYk xsusi mqavimYtY () malik olan material tYlYb olunduqda zonalar zrY YridilmY metodu istifadY olunur. Zonalar zrY YridilmY metodu, hYm輅nin silisiumun tYmizlYnmYsi çn dY istifadY oluna bilYr. Bu metod zonalar zrY tYmizlYmY metodu adlandırılır.
1.2.2. KlçYnin5 emalı vY lhYlYrY kYsilmYsi. YetişdirilmY prosesi qurtardıqdan sonra klçYnin yuxarı vY aşağı ucları kYsilir vY sYthi elY hamarlanır ki, onun diametri uzunluq boyunca eyni vY verilmiş qiymYtY (adYtYn 75, 100 vY ya 125 mm) dYqiq bYrabYr olsun. Bundan YlavY klçYnin yaradıcısı6 zrY mstYvi hamarlanır ki, sonralar o kristollaqrafik oriyentasiyanın tYyini çn istifadY olunur.
Sonra klçY, paslanmayan poladdan hazırlanmış bk diametrli diskşYkilli mişarın kömYyi ilY lhYlYrY kYsilir. Diskin daxili kYsYn qırağı texniki almazla mkYmlYndirilir. NYticYdY qalınlığı 600-700 mkm olan lhYlYr alınır (şYk. 1.3). Oriyentasiya kYsiyi cihazların hazırlanması prosesindY mxtYlif texnoloji YmYliyyatların hYyata ke輅rilmYsi zamanı istifadY olunur.
1.2.3. LhYnin cilalanması vY yuyulması. KYsmYdYn sonra alınan silisium lhYlYr 輟x zYdYlYnmiş sYthY malik olur. Bu zYdYlYnmYlYri kYsmY prosesinin yaradır. BelY lhYlYr bir sıra cilalama YmYliyyatları ke輅rlYr. Bu YmYliyyatların mYqsıdi aşağıdakılardır:
1. Silisiumun, kYsmY zamanı yaranan zYdYlYnmiş qatının grlmYsi.
2. Fotolitoqrafiya çn, YsasYndY ki輅k 錮lelementlYr tYlYb olunduğu zaman zYruri olan yksYk dYrYcYli yastılığa malik sYthin alınması.
3. Fotolitoqrafiyanın mvYffYqiyyYtlY hYyata ke輅rilmYsi çn lhYnin iki Ysas sYthinin paralelliyinin tYmin olunması.
AdYtYn lhYnin yalnız bir tYrYfindY tamamilY cilalanmış gzghamar sYth yaradılır. DigYr (Yks) tYrYf isY qanedici yastılığın alınması çn elYcY hamarlanır. Cilalanmanın son YmYliyyatı kimi kimyYvi tYmizlYmYdYn istifadY olunur vY bu zaman cilalanmanın YvvYlki YmYliyyatlarında zYdYlYnmiş nazik silisium qatı grlr. BYzYn son işlYmY kimi kimyYvi-mexaniki cilalamadan da istifadY olunur.
Cilalamanın btn YmYliyyatları yerinY yetirildikdYn sonra lhYlYr diqqYtlY yuyulur vY qurudulur, sonra onlar, cihazların hazırlanması çn zYruri olan mxtYlif texnoloji proseslYrin yerinY yetirilmYsi çn istifadY oluna bilYr.
1.3. Diffuziya
Burada baxılan diffuziya prosesi bYrk fazada qatışığın diffuziyasıdır. Bu prosesin kYyi ilY silisium lhYnin sYthi qatına mxtYlif aşqarlayıcı qatışıqlar daxil oluna bilYr. Diffuziyanın lazımi srYtlY ke輓Ysi çn lhYnin temperaturu olmalıdır. Bu temperaturlar nY qYdYr yksYk olsada, silisiumun YrimY temperaturundan () 輟x aşağıdır. GtYrilYn temperatur diapazonunda mxtYlif qatışıqların silisiuma diffuziya srYti tYrtibdY, nüfuzetmY dYrinliyi isY, YksYr diffuziya proseslYrinin nYzYrdY tutduğu hYddindY olur. Otaq temperaturunda diffuziya prosesi 輟x yavaş gedir.
1.3.1. Diffuziyanın tYnliyi. Diffuziya dedikdY atomların vY ya digYr hissYciklYrin konsentrasiya qradiyentinin tYsirindYn yerdYyişmYsi başa düşlr (şYk. 1.8). xYttindYn solda sağa nYzYrYn daha 輟x hissYcik olduğuna gY soldan sağa hYrYkYt edYn hissYciklYr seli yaranır. Qeyd etmYk lazımdır ki, bu qrafikdY konsentrasiya qradiyenti mYnfidir vY hissYciklYr seli oxu zrY istiqamYtlYnmişdir. Diffuziya selinin sıxlığı, yYni vahid sahYyY düşYn selin kYmiyyYti hissYciklYrin vY ya atomların konsentrasiyasına mtYnasibdir, . MtYnasiblik Ymsalı daxil edYrYk Fikin birinci qanunu adlanan tYnlik alırıq: , burada - diffuziya Ymsalı; -elektronun yk - Bolsman sabiti; -mtlYq temperatur; - eksponensial qabağı vuruq; - aktivasiya enerjisidir. Silisium çn diffuziantlardan YksYriyYti çn (mYsYlYn P, B, As vY Sb) . BelYliklY btn 錮 vahidlYrini yerinY qoyaraq alırıq
. (1.1)
ŞYk. 1.9- da gtYrilYn qatışıqların diffuziya Ymsallarının temperatur asılılıqları verilmişdir. Qeyd edYk ki, YgYr diffuziya Ymsalı çn loqarifmik şkala, temperatur çn isY Yks temperatur şkalası istifadY olunarsa, temperatur asılılıqları dz xYtt kimi tYsvir olunar.
Diffuziya prosesinin tYsviri çn istifadY olunan ikinci mnasibYt arasıkYsilmYzlik tYnliyidir
. (1.2)
Bu tYnlik faktiki olaraq ktlYnin saxlanma qanununu Yks etdirir. O gtYrir ki, verilmiş hYcmdY atomların vY ya hissYciklYrin sayının dYyişmY srYti , bu hYcmY istiqamYtlYnmiş hissYciklYr selinin srYti ilY bu hYcmdYn çıxan hissYciklYr selinin srYti fYrqinY bYrabYrdir.
Fikin birinci qanunu ilY arasıkYsilmYzlik tYnliyini birlYşdirYrYk Fikin ikinci qanununu alarıq
. (1.3)
Bu differensial tYnliyi uyğun sYrhYd şYrtlYrindY hYll edYrYk, diffuziantın atomlarının paylanma profilini taparıq. BYrk fazada qatışıqların diffuziyası çn sYrhYd şYrtlYrinin iki növpraktiki maraq kYsb edir: 1) sabit sYth konsentrasiyası halında diffuziya vY 2) mYhdud mYnbYYdYn diffuziya.
1.3.2. Sabit sYth konsentrasiyası halında diffuziya. vvYlcY sabit sYth konsentrasiyası halında diffuziyaya vY ya "sonsuz mYnbYdYn" diffuziyaya baxaq. Bu halda sYthdY () diffuziantın konsentrasiyası sabit hesab olunur, yYni . Bu hal çn doğru olan digYr sYrhYd şYrti ondadır ki, halında diffuziantın konsentrasiyası sıfıra yaxınlaşır. Fikin ikinci tYnliyinin bu sYrhYd şYrtlYri daxilindY hYlli aşağıdakı gnüşY malik olur
, (1.4)
burada - sabit sYthi konsentrasiya, - sYthdYn () materialın dYrinliyinY mYsafY, - diffuziya vaxtı, - riyazi funksiya olub sYhvlYr inteqralına YlavY adlandırılır.
ŞYk. 1.10-da sYhvlYr inteqralına YlavY funksiyasının qrafiki verilmişdir. halında , halında isY , hYmdY artdıqca srYtlY azalır.
Tipik misal. Fosforla aşqarlanmış -tipli silisiumdan ibarYt Ysasa temperaturda vY sabit sYthi konsentrasiya şYraitindY borun diffuziyası. FYrz edYk ki, Ysasda qatışığın konsentrasiyası tYşkil edir (bu xsusi mqavimYtY uyğun gYlir). temperaturda borun bYrk fazada silisiuma yayılmağı, tYqribYn , borun silisiuma diffuziya Ymsalı isY tYşkil edir. Ke輅d ntYsindY sYhv funksiyasına YlavY çn tapırıq. ŞYk.1.10-dan tYyin edirik . Buradan tapırıq: . olduğu çn . BelYliklY temperaturda 1 saat mddYtindY dYrinliyindY ke輅d almaq olar. dYrinliyindY ke輅d almaq çn diffuziya vaxtı tYlYb olunur.
1.3.3. Sabit sYth konsentrasiyası halında diffuziyanın aparılması çn istifadY olunan texnoloji proseslYr. Diffuziyanın mxtYlif proseslYrinin vY oksidlYmYnin hYyata ke輅rilmYsi çn rezistiv qızdırıcıya malik boru şYkilli pe軼Yn istifadY olunur. BelY peuzun (2-3m) bir-başa deşiyY malik olur vY bu deşiyY diametri 100-150 mm olan kvars boru qoyulur. Borunun daxilindY temperatura yksYk dYqiqliklY nYzarYt olunur vY bununlada uzunluğu 1m olan "isti" zonada temperaturun verilmiş qiymYtinin dYqiqliyi ilY bYrabYr paylanması tYmin olunur. İşlYnmYsi nYzYrdY tutulan silisium lhYlYr kvars tutucunun vY ya "qayıqcığın" paralel yerlYşYn pazlarına vertikal şYkildY yerlYşdirilir. Sonra isY "qayıqcıq" kvars boruya daxil edilir.
Borudan mxtYlif qazlar buraxılır vY qaz selinin srYtinY nYzarYt olunur. Qaz selini YsasYn azot tYşkil edir, hansı ki, tYsirsiz qaz olub qaz daşıyıcısı, yYni digYr, daha aktiv qazlar çn durulducu (zYiflYdici) kimi istifadY olunur. Azot mumi qaz selinin 90 faizdYn 99 faizinY qYdYr tYşkil edir. Qaz selinin qalan hissYsi oksigenin vY tYkibindY aşqarlayıcı qatışıqlar olan birlYşmYlYrin payına düşr. Borun diffuziyası çn adYtYn (diboran) vY (çbromid bor) istifadY olunur.
Silisium lhYnin sYthindY eyni zamanda aşağıdakı reaksiyalar baş verir:
(kvars şüşYsi), (1.6)
(bor şüşYsi) , (1.7)
vY ya
(bor şüşYsi) , (1.8)
Bu qaz fazadan kimyYvi oturulma prosesidir vY nYticYdY silisiumun sYthinY, kvars şüşYsi ilY bor şüşYsinin qatışığı olan vY borosilikat şüşYsi (BSŞ) adlandırılan şüşYvari qat oturur. BSŞ diffuziya temperaturunda yapışan maye kimi olur vY bor atomları bu qatda nisbYtYn asan yerini dYyişY bilir. Bundan YlavY BSŞ-dY borun konsentrasiyası elYdir ki, silisiumun sYthi borla doyur, vY btn diffuziya prosesi drndY silisiumun sYthindY borun konsentrasiyası, silisiumun bYrk fazada boru hYlletmY qabiliyyYtinin hYdd qiymYtinY bYrabYr olur, o şYrtlY ki, sYthdY BSŞ qatı qalır.
Fosforun diffuziyası çn (fosfin) vY (oksixlorid fosfor) kimi birlYşmYlYrdYn istifadY olunur. istifadY olunduğu hallarda silisium lhYnin sYthi yanında aşağıdakı reaksiyalar baş verir:
(kvars şüşYsi), (1.9)
(fosfor şüşYsi) . (1.10)
NYticYdY silisiumun sYthinY, kvars şüşYsi ilY fosfor şüşYsinin qatışığı olan vY fosforosilikat şüşYsi (FSŞ) adlandırılan şüşYvari qat oturur. Diffuziya temperaturunda bu şüşY yapışan maye kimi olur. BelY şüşYvari qatda fosforun miqdarı vY fosfor atomlarının mtYhYrrikliyi, btn diffuziya prosesindY fosforun konsentrasiyasını silisiumun sYthi yaxınlığında, silisiumun bYrk fazada fosforu hYlletmY qabiliyyYtinin hYdd qiymYtinY uyğun sYviyyYdY saxlamağa imkan verir.
Sabit sYthi konsentrasiya halında diffuziya nYticYsindY aşqarlayıcı qatışığın atomları silisium sYthi qatının 0,3 mkm-dan 3,0 mkm-Y qYdYr dYrinliyinY yeridilir. Bu n diffuziyanı 輟x halda "yeridilmY7" adlandırırlar.
1.3.4. Diffuziyanın ikinci mYrhYlYsi. YeridilmYdYn sonra diffuziyanın ikinci mYrhYlYsi başlayır. vvYlcY xarici aşqarlayıcı mYnbY, yYni şüşYvari qat grlr. BelYliklY diffuziyanın bu mYrhYlYsindY silisiuma qatışığın YlavY atomları daxil olmur, daxil olmuş atomlar isY daha dYrinlYrY hYrYkYt edir vY bununlada profil dYyişir. Ke輅din dYrinliyi artır vY, eyni zamanda qatışığın sYthi konsentrasiyası azalır. BelY diffuziya mYhdud mYnbYdYn diffuziya adlandırılır.
1.3.5. SYthi mqavimYt. Diffuziya qatlarının qiymYtlYndirilmYsi vY xarakteristikası çn iki Ysas parametrdYn istifadY olunur: ke輅din dYrinliyi vY sYthi mqavimYt . Material qatının (şYk. 1.17a) mqavimYti kimi tapılır, burada -qatın orta xsusi mqavimYti, , vY - qatın uyğun olaraq uzunluğu, qalınlığı vY enidir.
gYr olarsa nmunY kvadrat forması alır vY mqavimYt çn ifadY aşağıdakı kimi olur
. (1.13)
Gndykimi kvadrat formalı nmunYnin mqavimYti xYtti 錮lYrdYn vY asılı olmur. Bu kYmiyyYti sYthi mqavimYt adlandırır vY bir 輟x hallarda ilY ifadY edirlYr. BelYliklY, material qatının mqavimYti sYthi mqavimYt ilY ifadY oluna bilYr
. (1.14)
Nazik qatların, o cmlYdYn diffuziya qatlarının sYthi mqavimYtinin 錮lmYsi çn şYk. 1.17-dY verilYn ddzondlu qurğudan istifadY olunur. gYr qatın qalınlığı zondlar arası mYsafY ilY mqayisYdY ki輅k, yYni olarsa, vY nmunYnin kYnarı zondlardan kifayYt qYdYr bk mYsafYdY yerlYşirsY, onda sYthi mqavimYt tYqribi ifadYsi ilY hesablana bilYr. CYrYyan iki xarici zonddan buraxılır, gYrginlik düşks isY iki daxili zond arasında yksYk daxili mqavimYtY malik voltmetrlY 錮lr. CYrYyanın buraxılması vY gYrginliyin 錮lmYsi çn mxtYlif zond ctlYrindYn istifadY olunduğuna gY zondların kontakt mqavimYti 輓Ynin nYticYsinY tYsir etmir.
1.3.6. İon aşqarlama8. Ion aşqarlamanın kYyi ilY qatışıq atomlarını silisium lhYnin nazik sYthi qatına daxil etmYk olar. Bununlada bu sul diffuzion "yeritmYnin" YvYzinY istifadY oluna bilYr. İon aşqarlamnı hYyata ke輅rmYk çn silisium lhYlYr vakuum kamerada yerlYşdirilir vY onların sYthi aşqarlayıcı qatışığın yksYkenerjili ionlar dYstYsi ilY skanerlYnir (şYk. 1.19).
1.4. OksidlYmY
Silisiumun tYmiz sYthi hava mhitinY düşYn kimi onun zYrindY, reaksiyası nYticYsindY nazik oksid qatı yaranır.
1.4.1. Oksidin maska kimi istifadY olunması
1.4.2. Planar cihazların passivasiyası çn oksidlYrin istifadY olunması
1.4.3. YksYk tYzyiqdY oksidlYmY
1.5. Fotolitoqrafiya.
Fotolitoqrafiyanın kYyi ilY silisium lhYnin sYthindY mikroskopik 錮lelementlYrY malik sxem vY ya cihazların şYklini almaq olur. Bu zaman sahYsi 1sm x 1sm olan kristal zYrindY 100 000-Y qYdYr tranzistor yerlYşdirilir.
Fotolitoqrafiya prosesi bir sıra texnoloji YmYliyyatlar ardıcıllığından ibarYtdir. 1. Sentrofuqada fotorezistorun hazırlanması. 2. İlkin qurudulma. 3. BirgYlYşdirmY vY eksponerlYmY. 4. Aşqarlama9. Neqativ vY pozitiv fotorezistorlar. 5. Fotorezistorun qurudulması. 6. Oksidin travleniyası. 7. Fotorezistorun grlmYsi10.
Dostları ilə paylaş: |