химический каталог




Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем

Автор А.И.Курносов, В.В.Юдин

щений (плавлении, испарении), тогда как нетермическое связано с образованием радиационных нарушений и стимуляцией химических реакций. Большинство процессов радиационной обработки основано на образовании в полупроводниковых структурах радиационных нарушений. По характеру технологического воздействия существует две группы процессов: контролируемое введение радиационных нарушений на стадии изготовления отдельных элементов структуры-, совершаемое локально с использованием различных масок, и управление электрическими параметрами готовых приборов, совершаемое после их герметизации или перед нею сплошными потоками быстрых частиц, облучающих весь прибор или структуру.

Для контроля радиационных дефектов, возникающих в кристаллах, используют такие методы, как обратное рассеяние ионов гелия, электронный парамагнитный резонанс и др.

§ 12.1. Воздействие проникающей радиации на вещество

Процессы радиационной обработки основаны на воздействии потоков электронов, ?-квантов, протонов, ускоренных ионов, реже нейтронов на полупроводниковые структуры или приборы. Особенности воздействия ускоренных ионов, включая протоны на структуры, были рассмотрены в гл. 10. Быстрые нейтроны образуют радиационные дефекты в основном в результате упругого взаимодействия с ядрами атомов веществ. При этом нейтрон передает ядру атома часть своей кинетической энергии, в результате чего ядро увлекает за собой электронную оболочку атома. Быстрое смещение атома в процессе отдачи может вызвать его ионизацию, если скорость смещения больше скорости орбитальных электронов. Таким образом, при нейтронной бомбардировке характер повреждений во многом схож с результатом воздействия протонов.

Взаимодействие у-квантов с веществом осуществляется тремя механизмами: за счет фотоэффекта, эффекта Комптона и образования пар. Для большинства материалов с атомными массами 30—50 и энергиями квантов 0,1—10 МэВ преобладающим является эффект Комптона. В его основе лежит явление передачи энергии фотона электрону, в результате чего появляется электрон отдачи. Все три механизма вызывают образование электронов с энергиями, сравнимыми с энергией ?-квантов. Поэтому ?-облуче-ние приводит к бомбардировке вещества быстрыми электронами изнутри. Электроны с энергиями 10 кэВ—1 МэВ тормозятся в веществе, испытывая столкновения с ядрами атомов и электронами атомных оболочек. Основная часть энергии расходуется вслед-

265

ствие неупругих процессов рассеяния, вызывающих ионизацию атомов. Упругое рассеяние, связанное с кулоновским взаимодействием электрона с ядром атома, может приводить к смещению атомов из узлов. Как видно, роль быстрых электронов в процессах радиационной обработки является основной. Пробег электронов в веществе определяется их энергией ? (эВ) и плотностью вещества d (г/см3):

при Е= 10 кэВ н- 1 МэЗ Я=6,67-Ю-"/?5/3/.'/ см;

При ? у 1 МэВ

/?=(5,l-10-7?-0,26)/rf см.

Вторичные процессы при электронном облучении. В области встречи электронного пучка с веществом кинетическая энергия электронов при взаимодействии с атомами превращается в тепловую энергию или энергию возбуждения атомов и молекул. Часть электронов пучка отражается и рассеивается поверхностью. Вторичные процессы состоят в эмиссии вторичных электронов, появлении рентгеновского излучения и часто термоэмиссии электронов, так как в зоне действия пучка температура повышается.

Вторичные электроны эмиттируются с поверхности мишени с энергиями до 50 эВ. Ток вторичной эмиссии зависит от материала и структуры мишени, угла падения на ее поверхность и имеет тот же порядок, что и ток пучка. Эмиссия вторичных электронов и термоэмиссия практически не играют роли в балансе энергии, теряемая из-за них мощность не превышает 1% мощности пучка. Отражение электронов в зоне действия пучка приводит к их рассеянию со спектром энергии,, простирающимся до энергии электронов в пучке. Доля отраженных электронов, их энергия и распределение в пространстве зависят от атомного номера элемента и угла падения пучка. При возрастании Z2 доля отраженных электронов достигает 40% при Z2 = 40 и 50% при 22=100. Для элементов с большими номерами более резко проявляется максимум энергии в спектре отраженных электронов, который смещается в область больших энергий. Из-за отражения электронов теряется значительная энергия пучка: для стали —25%, для вольфрама — 38%. Отражение электронов тем сильнее, чем больше отклонение пучка от нормали к поверхности.

Рентгеновское излучение в интервале энергий до 0,5 МэВ распространяется в пространстве равномерно, его интенсивность не зависит от направления лучей и падает обратно пропорционально квадрату расстояния от источника излучения. При поглощении рентгеновского излучения веществом его интенсивность спадает экспоненциально. Коэффициент ослабления интенсивности

? =///„= ехр (-;«),

266

где ? — коэффициент поглощения; ? — толщина экрана или глубина проникновения.

При торможении электронов в веществе возникает тормозное и характеристическое излучение. Тормозное излучение имеет непрерывный спектр с широким максимумом и предельной энергией квантов hv = eU. Торможение электрона — это ускорение движения заряда. Согласно электромагнитной теории, оно должно сопровождаться возникновением электромагнитных колебаний, что и наблюдается. Характеристическое излучение состоит из отдельных линейчатых спектров, испускаемых атомами мишени. Электронный пучок, сталкиваясь с электронами внутренних оболочек атомов, выбивает их. Электроны из внешних оболочек переходят на свободные орбиты внутренних. Избыток потенциальной энергии электронов испускается в виде квантов рентгеновского излучения с фиксированной частотой. Частота излучения зависит от атомного номера элемента мишени. Энергетическая доля характеристического излучения в общем рентгеновском излучении пренебрежимо мала. Потери энергии электронного пучка на рентгеновское излучение не превышают 1%.

Влияние радиации на электрофизические свойства полупроводниковых материалов. Свойства реальных кристаллов (электро- и теплопроводность, диффузия и др.) связаны с присутствием атомных точечных дефектов. Поэтому изменение количества дефектов под действием проникающей радиации ведет к изменению основных электрофизических параметров полупроводниковых материалов и вызывает изменение электрических характеристик полупроводниковых приборов и микросхем. Типы радиационных нарушений и их влияние на основные свойства облучаемых кристаллов зависят от структуры решетки, строения энергетических зон, а также от природы и энергии бомбардирующих частиц. Радиационные нарушения вызывают образование ловушек рекомбинации, которые определяют изменение всех электрофизических параметров материалов. Радиационные дефекты вносят глубокие энергетические уровни в запрещенную зону полупроводника. Появление глубоких уровней обусловливает возрастание скорости объемной рекомбинации и соответствующее уменьшение времени жизни неравновесных носителей заряда ?. Для различных видов проникающей радиации существует связь между изменением частоты рекомбинации ? — величины, обратной времени жизни носителей,— и интегральным потоком облучения Ф:

?? = ? — ч0=КФ,

где ?=1/? — частота рекомбинации после облучения; ?? = 1/??—¦ частота рекомбинации до облучения; Кх — коэффициент радиационного изменения времени жизни.

Коэффициент ?? зависит от концентрации основных носителей заряда, скорости введения ловушек рекомбинации, степени заполнения их электронами, сечений захвата электронов и дырок: Кх— = NRfC, где Nn—?? — концентрация ловушек рекомбинации

267

(?— вероятность образования ловушек рекомбинации бомбардирующей частицей); f — вероятность того, что ловушка занята основными носителями заряда, зависящая от положения уровня Ферми и уровня ловушки; C=av — постоянная захвата неосновного носителя (? — тепловая скорость носителя заряда). Глубокие энергетические уровни, вводимые проникающей радиацией, имеют донорный или акцепторный характер. Наличие таких уровней сопровождается захватом основных носителей заряда, что ведет к компенсации электропроводности. В кремнии зависимость удельного сопротивления от потока облучения имеет вид

Р = Р0ехр(/ГРФ).

Коэффициент радиационного изменения удельного сопротивления

иг — 1 Дя

где По — значение концентрации основных носителей заряда в исходном полупроводниковом материале; An— изменение концентрации основных носителей вследствие захвата компенсирующими ловушками.

Существенно то, что на зависимость р(Ф) изменение подвижности носителей заряда оказывает незначительное влияние по сравнению с изменением концентрации.

Изменение электрофизических параметров полупроводниковых материалов под действием проникающей радиации позволяет направленно изменять электрические параметры приборов и микросхем: увеличивать быстродействие, стабильность параметров, стойкость к внешним воздействиям. Обработку ускоренными частицами или ?-квантами производят в конце технологического маршрута изготовления прибора, что обусловлено большой проникающей способностью высокоэнергетического излучения, в первую очередь электронов и ?-лучей. Поэтому воздействию радиации подвергают прибор в корпусе или готовую структуру с контактами и коммутацией перед процессом герметизации.

Тепловое воздействие электронных пучков. В тепловых процессах основную роль играет энергия электронного пучка, преобразуемая в теплоту. Рассеяние теплоты происходит за счет теплопроводности и излучения. При микросварке и микротермообработке преобладают потери теплоты вследствие теплопроводности. При плавлении и испарении, особенно тугоплавких материалов, потери теплоты в результате излучения могут значительно превосходить потери из-за теплопроводности. Мощность, поглощаемая в единице объема вещества, является функцией расстояния от поверхности, так как передача энергии по мере проникновения электронов в глубь вещества происходит неравномерно:

? (*)=Рт,Л 1 - 2,25 (xIR - 1/3)2],

4

гДе . ?>max = —— максимальное значение поглощаемой мощно-

268

сти, которое имеет место при расстоянии от поверхности х—ЩЗ (Г| _ дол

страница 63
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87

Скачать книгу "Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем" (3.82Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
медикаментозное прерывание беременности препаратом мифегин
производитель матрас для дивана аккордеон купить
бирге.ру такси
руководитель росздравнадзора по москве и московской области

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(17.10.2017)