Подложки полупроводниковых ИМС
В качестве подложек полупроводниковых ИМС могут быть использованы полупроводниковые и диэлектрические материалы. Подложка полупроводниковых ИМС выполняет ряд определенных функций:
- в ее объеме или эпитаксиальном слое, выращенном на поверхности подложки, формируются структуры элементов ИМС;
- подложка является несущей конструкцией ИМС;
- через подложку производится отвод тепла, выделяемого в элементах ИМС, на корпуса.
Физические свойства материала подложки (или эпитаксиаль-ного слоя) во многом определяют параметры элементов ИМС. Так, увеличение ширины запрещенной зоны повышает температурный диапазон и рабочие напряжения при малых токах утечки, увеличение подвижности носителей расширяет частотный диапазон работы ИМС в области высоких частот.
К подложкам предъявляют ряд требований:
- высокая чистота. Количество примесей не должно превышать норму;
- качество обработки поверхности не ниже 14-го класса;
- отклонение ориентации кристаллической решетки от заданной не более 10' - 20';
- плоскостность рабочей поверхности должна быть не ниже 0,1-1 мкм.
| Материал | Хим. символ | Температура плавления, 0C | Плотность, г/см3 | Ширина запрещен, зоны при темп. 300К, эВ | Подвижность носителей заряда при темп. 300К, см2/(В×с) | |
| электр. | дырок | |||||
| Кремний | Si | 2,328 | 1,09 | |||
| Германий | Ge | 5,35 | 0,66 | |||
| Арсенид галлия | GaAs | 1237 (при 1 ат) | 5,4 | 1,43 | ||
| Фосфид галлия | GaP | 1500 (при 30 ат) | 4.1 | 2,25 | ||
| Фосфид индия | InP | 1058 (при 25 ат) | 4,8 | 1.34 | ||
| Арсенид индия | In As | 942 (при 0.33 ат) | 5,68 | 0,46 | ||
| Антимония галлия | GaSb | 5,65 | 0.67 | |||
| Антимония индия | InSb | 5,71 | 0,18 | |||
| Сульфид кадмия | CdS | 1475 (при 3.8 ат) | 4.82 | 2.48 | ||
| Селения кадмия | CdSe | 1239 (при 0.41 ат) | 5,81 | 1.85 | — | |
| Сульфид свинца | PbS | 5.9 | 0,41 |
Среди приведенных материалов, несмотря на существенное
различие физических свойств, кремний имеет наиболее широкое
распространение, так как только на его поверхности возможно
формирование оксида кремния, являющегося хорошим маскирующим покрытием при проведении процессов легирования и одновременно защитным диэлектрическим покрытием. При изготовлении полупроводниковых ИМС наибольшее применение получили двухслойные подложки (с эпитаксиальным слоем). Выращивание эпитаксиального слоя позволяет формировать заданное значение удельного сопротивления, тип его проводимости и различное распределение примеси по толщине, что во многом предопределяет параметры коллекторного слоя, формирующегося в ЭС. Так, для снижения сопротивления коллекторного слоя на границе ЭС — подложка формируется низкоомный n+-слой (скрытый слой). Маркировка подложек с эпитаксиальным и скрытым слоем представлена следующим образом:
100 - диаметр подложки;
10,300 - толщина эпитаксиального слоя и подложки соответственно;
КЭФ - кремний (эпитаксиальный слой) электронной проводимости (n-типа), легированный фосфором;
0,2/ - удельное сопротивление ЭС, Ом×см;
КДБ - кремний (подложка) дырочной проводимости (p-типа);
10 - удельное сопротивление, Ом×см;
2 - толщина скрытого слоя, мкм;
КЭМ - кремний (скрытый слой) электронной проводимости (n-типа), легированный мышьяком;
5 - удельное поверхностное сопротивление, Ом×см.
Для изготовления ИМС с улучшенными изоляционными свойствами и повышенной радиационной стойкостью используют заказные пластины диаметром 40 мм из поликристаллического кремния, в котором сформированы «карманы» монокристаллического кремния п-типа, изолированные слоями оксида (нитрида) кремния, и пластины гетероэпитаксиальных структур кремния на сапфире. Последние применяются также для изготовления термисторов и тензочувствительных датчиков. В этом случае используют профилированные сапфировые подложки, в которых формируют профиль заданной технологии и глубины, а слой кремния наносят на плоской стороне.
Для изготовления запоминающих и логических устройств большой емкости и повышенной надежности при малом потреблении энергии используют эпитаксиальные структуры магнитных гранатов. При этом выпускаемые промышленностью пластины диаметром 40 мм представляют собой подложки из Cd Ga О толщиной 500 мкм с эпитаксиальным слоем из (YSmGa) (Fe.Ge) О толщиной 4-6 мкм.
Изготовление микроэлектронных СВЧ - изделий, солнечных батарей и зарядных устройств бытовой электроники основано на использовании пластин из GaAs. Для этих целей служат пластины с эпитаксиальной структурой GaAs-AI диаметром 35-50 мм и толщиной 350-450 мкм. Разработаны и выпускаются эпитаксиальные р-n-структуры GaP, которые являются основой для изготовления цифро-буквенных индикаторов в дискретном исполнении.
Дата добавления: 2015-06-27; просмотров: 6124;