Mühazirənin planı Mikroelektonikahaqqında ümumi məlumat İnteqral sxemlərin təsnifatı

4. Yarımkeçirici IS (YİS), hazırlanma texnologiyası

YIS əsas növləri bipolyar və MDY tranzistorlar əsasında IS–dir. Bundan başqa BIMDY də yaradılır ki, bu əvvəlki ik növ IS–n kombinasiyasıdır.

YIS–lər qrup halında hazırlanır. Yəni bir monokristall lövhə üzərində çoxlu sayda IS yaradılır, sonra isə lövhə iki qarşılıqlı perpendikulyar istiqamətdə ayrı–ayrı hissələrə kəsilir ki, onlardan hər biri müstəqil IS–dir. Bəzi hallarda onlarla monokristallik lövhə eyni zamanda emal olunur ki, bu da istehsalın məhsuldarlığını artırmağa imkan verir.

IS istehsalında planar texnologiya üsullarından istifadə olunur. Planar texnologiya proseslərində IS–n bütün elementləri kristalın səthində və səthyanı təbəqələrdə formalaşdırılır. Belə texnologiya ilə IS–n hazırlanma prosesi altlığın hazırlanması, epitaksial təbəqənin göyərdilməsi, termik oksidləşmə, fotolitoqrafiya, aşqarlama, aşılandırma, metallaşdırma kimi bir neçə mərhələdən ibarətdir.

Si monokristalları maye fazadan kristallaşma – Çoxralski üsulu ilə göyərdilir. Bu üsulla diametri (150–300) mm, uzunluğu 3 m–ə qədər olan monokristallar göyərdilir. Sonra onlar (0,4–0,5) mm qalınlıqlı lövhələr şəklində kəsilir və mexaniki cilalama və pardaqlama, həmçinin kimyəvi aşındırma üsulları ilə 150–200 mkm qalınlıqlı paralel səthlərə malik lövhələr alınır. Hazırlanmış altlıq üzərində qaz və ya maye fazadan epitaksiya üsulları ilə nazik epitaksial təbəqələr alınır. Epitaksiya zamanı təbəqə həm də aşqarlana bilər. Adətən n–oblast yaratmaq üçün donor olaraq fosfor, p–oblast yaratmaq üçün akseptor kimi bor aşqarları daxil edilir.

Müasir epitaksiya üsulları 1mkm–dən nazik təbəqələr və ya çoxlaylı epitaksial strukturlar almağa imkan vermir. Adətən (1–10) mkm qalınlıqlı epitaksial təbəqələr istifadə olunur.

IS–n texnologiyasında xarakterik proseslərdən biri silisiumun oksidləşdirilməsidir. Alınan SiO₂ təbəqəsi passivləşdirici və maskalayıcı xassələrə malikdir. Passivləşdirici xassə ondan ibarətdir ki, Si-un səthində oksid təbəqəsi yarandıqdan sonra kristalın okcidləşmə sür’əti kəskin azalır.

Maskalayıcı xassə ondan ibarətdir ki, oksid təbəqəsinə diffuziya sürəti Si-un həcminə diffuziya sür’ətindən 10²10³ dəfə azdır. Oksid təbəqəsinin bu xassəsindən planar texnologiya proseslərində istifadə edilir. Belə ki, p-n keçidlər almaq üçün oksid təbəqəsində pəncərələr açılır və bu pəncərələrdən aşqarlar diffuziya etdirilir, oksid təbəqəsinin qalan hissəsi isə maska rolu oynayır. SiO₂ təbəqəsi Si-un səthini həm də müxtəlif aqressiv qazlardan, rütubətdən, buxardan qoruyur. Oksidləşmə (1000–1200)⁰C temperaturlarda ya oksigen mühitində (quru oksidləşmə), ya da oksigen ilə su buxarının qarışığında (nəm oksidləşmə) aparılır. Quru oksidləşmə nəm oksidləşməyə nisbətən çox ləng baş verir. Məsələn, 0,5 mkm qalınlıqlı SiO₂ təbəqəsi quru oksidləşmə ilə 5 saata, nəm oksidləşmə ilə cəmi 20 dəqiqəyə alınır. Quru oksidləşmə ilə daha keyfiyyətli oksid təbəqələri alınır. Odur ki, nazik SiO₂ təbəqələri quru oksidləşmə üsulu ilə alınır. Qalın təbəqə alarkən quru və nəm oksidləşmələr növbə ilə aparılır. Bu zaman quru oksidləşmə keyfiyyəti, nəm oksidləşmə isə prosesin yüksək sürətini təmin edir.

Ilkin lövhənin və ya epitaksial təbəqənin üzərində diod və tranzistor quruluşları yaratmaq üçün əsas üsul aşqarların diffuziyasıdır. Diffuziyanı bir və ya bir neçə dəfə aparmaq olar. Məsələn, n–tip lövhəyə akseptor aşqarları daxil etməklə p–təbəqə yaradılır, sonra 2–ci diffuziya zamanı həmin p–təbəqəyə nisbətən az dərinlikdə donor aşqarları daxil edilir və n–oblast yaranır (şəkil 1, a. n–p–n⁺ strukturlar). Nəticədə üç laylı quruluş alınır.

Bundan başqa son illərdə başqa bir aşqarlama üsulu – ion implantasiyası da geniş tətbiq edilməyə başlamışdır.

Ilkin lövhəni və ya epitaksial təbəqəni aşqarlamaq üçün fotolitoqrafiya üsulundan istifadə edilir. Yarımkeçirici lövhənin səthi oksidləşdirildikdən sonra onun üzərinə fotorezist adlanan nazik (1 mkm–ə qədər qalınlıqlı) fotoemulsiya təbəqəsi çəkilir. Onun üzərində isə fotoşablon yerləşdirilir. Fotoşablon üzərində işıq düşmək üçün pəncərələr olur. Hər bir pəncərə hazırlanan IS–n bir elementinə uyğyndur. Fotoşablonun səthi kvars lampası ilə işıqlandırılır, sonra fotoşablon götürülür. Emal edildikdən sonra fotorezistin üzərində fotoşablonun şəkli alınır, yəni eyni pəncərələr yaranır. Həmin pəncərələrdən oksid təbəqəsi silisiuma çatana qədər aşındırılır və oksid təbəqəsi üzərində də fotorezistin şəkli alınır. Bundan sonra fotorezist təbəqəsi də götürülür və SiO₂ maskası ilə örtülmüş Si lövhə qalır (şəkil 2). Həmin maskanın üzərindəki pəncərələrdən aşqarlar diffuziya etdirilir. Inteqral sxemlər hazırlanarkən fotolitoqrafiya prosesi bir neçə dəfə aparılır.

Yarımkeçirici altlıq üzərində lazım olan elementlər yaradıldıqdan sonra onları eletrik sxeminə uyğyn olaraq omik kontaktlarla təmin etmək və birləşdirmək lazımdır. Bunun üçün metallaşdırma prosesi aparılır. Əsas metal material olaraq Al istifadə edilir. Bu onun kiçik xüsusi müqaviməti, korroziyaya qarşı davamlılığı, ucuz olması və s. xassələri ilə bağlıdır. Metallaşdırmaq üçün lövhənin üzərinə (0,1–1) mkm qalanlıqlı Al təbəqəsi çökdürülür. Al oksid təbəqəsi üzərindəki pəncərələrdən Si ilə kontakt yaradır. Sonra Al–üzərinə fotorezist çəkilir və fotoşablonla örtülür və fotolitoqrafiya üsulu ilə onun lazımsız hissələri götürülür. Qalan birləşdirici Al zolaqlarının eni qalınlığının 0,1 hissəsindən az olur. Parazit tutumları azaltmaq üçün zolaqlar arası məsafələr 1,5 mkm–dən çox götürülür.

Şəkil 2. Fotolitoqrafiyanın mərhələləri.

a) fotorezistin işıqlandırılması;

b) SiO₂ təbəqəsinin aşılandırılması; c) fotorezist götürüldükdən

sonra qalan oksid maskası

a) b) c)