planarna tehnologija

7/25/2019 planarna tehnologija

http://slidepdf.com/reader/full/planarna-tehnologija 1/15

UVOD

Pod pojmom „elektronika“ obično se misli na granu nauke, tehnike i tehnologije koja proučava pojave povezane s transportom elektrona i drugih električki polariziranihčesticakroz poluprovodnike, gasove i vakum, kao i korištenje tih pojava u sasvim praktične svrhe. Pri tome treba napomenuti da je područje elektronike veoma široko i da praktično nema ljudske djelatnosti u koju elektronika nije prodrla i znatno pridonijelanjenom razvoju. Elektronika dominira područjima radiotehnike i telekomunikacija,automatike, mjerne tehnike i instrumentacije, računarske tehnike i obrade podataka, a sveviše određuje tempo razvoja energetike, mašinstva, medicine, inormatike, saobra!aja,ratne tehnike i naoru"anja, te svih vrsta upravljanja i odlučivanja. #ode!u ulogu umodernoj elktonici iaju poluprovodnici, odnosno, slobodno mo"emo re!i, silicijum. $o jedominiraju!i poluprovodnički materijal koji se koristi od pojave planarne tehnologije i,kako procjene pokazuju, to mjesto !e zadr"ati i u bliskoj budu!nosti. %&'&. godine uirmi (airchild, u proizvodnji diskretnih elektroničkih komponenata pojavio se posebantehnološki proces koji je nazvan planarni proces, odnosno planarna tehnologija. Planarni proces je proces kojim se ormiraju monolitni integrirani sklopovi. )aziv planaran potičeod toga što taj proces rezultira u pribli"no jednoj ravni *debljina komponente se mo"ezanemariti u odnosu na du"inu i širinu+. Planare na latinskom jeziku, znači ravan.Planarna tehnologija se sastoji iz niza uzastopnih procesa, od kojih !e biti opisanesljede!e-

a+ priprema silicijumske pločice

b+ epitaksijalni rast

c+ oksidacija

d+ izrada otomaski

e+ otolitograija

+ diuzija

g+ izrada električnih veza

1.1. PRIPREMA SILICIJUMSKE PLOČICE

/isti silicijum za abrikaciju poluprovodničkih elemenata i integrisanih kola *01+ dobijase hemijskim razlaganjem silana ili silicijum2tetrahlorida. 3vo razlaganje se vrši u



zatvorenom sistemu na silicijumskim štapovima kroz koje protiče struja, te ih zagrijavado temperature razlaganja silana. )a početku procesa, ovi štapovi su prečnika nekolikomilimetara. $alo"enjem silicijuma, prečnik im poraste do nekoliko centimetara. 4ilicijum je još uvijek nedovoljne čisto!e pa se vrši zonalno prečišćaan!e, kao što je prikazanona slici %.%.

4lika %.%. 5onalno prečiš!avanje silicijuma

%2 ulaz zaštitnog gasa62 gornja osovina72 dr"ač silicijuma

82 silicijumski štap'2 istopljena zona silicijuma92 visokorekventna zavojnica:2 kvarcna cijev;2 donji dr"ač silicijuma&2 donja osovina%<2 izlaz zaštitnog gasa%%2 sijalica sa relektorom za predgrijavanje

5onalno prečiščavanje se vrši tako što se silicijumski štap topi u jednoj uskoj zoni podu"ini. 3va zona se pomjera od jednog prema drugom kraju štapa. =slijed toga što jekoncentracija nečisto!a ve!a u tečnoj nego u gasovitoj azi, nečisto!a se povlači ka krajuštapa. 3vo povlačenje tečne zone se vrši nekoliko puta, od početka prema kraju. )a tajnačin dio štapa, bli"i početku, očisti se od nečisto!a. 1raj štapa se odsječe, te ostaje samodio sa velikom čisto!om. 3vakvim prečiš!avanjem mo"e da se dobije silicijum koji ima

svega do > nečisto!a. 4i2 pločica upotrebljena u integrisanom kolu treba da bude ) ili Ptipa, sa određenom koncentracijom primjesa. Pored toga, mora biti i monokristalna. $označi da raspored atoma u njoj mora imati određeni poredak. ?a bi se dobio monokristal,vrši se takozvano izvlačenje kristala, kao što je prikazano na slici %.6.

4lika %.6 0zvlačenje monokristala



@ osobina nosača klice

@ nosač klice

@ klica

@ su"eni dio klice

@ izvučeni monokristal

@ visokorekventna zavojnica

@ istopljeni silicijum

@ graitni tigl

@ osovina koja nosi tigl

@ kvarcna cijev

@ ubacivanje primjesa

= tigl u kome se nalazi istopljeni 4i, zaroni se dio monokristalnog silicijuma.Podešavanjem temperature istopljenog silicijuma malo iznad tačke topljenja, uslijedhlađenja na mjestu dodira sa monokrostalom, silicijum se talo"i na početnimonokristal *klicu+. 3brtanjem i izvlačenjem, monokristal raste u obliku okruglešipke, odr"avaju!i isti raspored atoma kao što je u klici. Priliom ovog izvlačenjadodaje se primjese u određenoj količini, kako bi se dobio monokristal sa primjesama"eljene koncentracije. Aonokristal se u daljnjoj obradi siječe dijamantskomtesterom na kriške, nešto deblje od potrebne debljine pločica. Poslije toga se kriške bruse da bi se skinuo sloj ošte!en testerom, pa se potom poliraju da bi se otklonila i

posljednja mehanička oštečenja i površina postala idealno ravna. 0zvjesnimhemijskim čiščnjem ili nagrizanjem i pranjem u dejonizovanoj vodi, priprema pločica je završena.

1.". EPI#AKSIJAL$I RAS#

)aziv epitaksijalni rast potiče od dvije riječi- grčke epi, što znači na, nad i latinskeriječi asis, što znači osa, osovina. 3vaj proces je sličan dobijaju monokristala



izvlačenjem. 0 u ovom procesu se dobija monokristal. Bazlika je u tome što esilicijum ne dobija iz tečne aze ve! iz gasne aze u kojoj se nalazi neko silicijumsko jedinjenje. )a slici %.7 je prikazana šema reaktora u kome se vrši epitaksijalni rast.

4lika %.7. Beaktor za epitaksijalni rast

%. kvarcna cijev6. pločica silicijuma7. grijno tijelo8. #isokorekventna zavojnica

Pločica, pripremljena po ranije opisanom postupku, postavi se na grijno tijelo napravljenood graita. 3vo tijelo se nalazi u unutrašnjosti zavojnice visokorekventnog generatora.Proticanjem visokorekventne struje kroz zavojnicu tijelo se zagrijava, a time isilicijumska pločica, od temperature na kojoj nastaje razlaganje gasnog silicijumskog jedinjenja. $o jedinjenje je, naprimer *silicijumtetrahlorid+, koji je pomiješan savodonikom . Beakcija je reverzibilna i teče prema jednačini

*%+

5nači dobija se silicijum i solna kiselina. = kom pravcu !e reakcija te!i, zavisi od

temperature i odnosa masa koje učestvuju u reakciji. Beverzibilnost procesa mo"e da sekoristi za eventualno skidanje gornjeg sloja 4i prije početka rasta. )a taj način se moguukloniti i posljednji ostaci mehaničkih ošte!enja, propuštajuči predhodno CDl.Propuštanjem CDl i dovođenjem preovladava nagrizanje, te se atomi silicijuma sla"u na pločicu zadr"avajuči poredak. rzina rasta monokristala je obično %FmGmin. 3vakvimrastom se mo"e dobiti silicijum otpornosti do %<<HGcm. 1og tipa !e biti, zavisi od čisto!egasova, zagrijavanjem tijela i kvarca od kojeg je napravljen reaktor. 5a upotrebu jeobično potrebna ni"a otpornost i određeni tip. ?a bi se to postiglo, silcijumtetrahloridu sedodaju jedinjenja određenih primjesa, kao što je borbromid za P tip i osortrihlorid za ) tip silicijuma. ?obro izvršen epitaksijalni rast daje homogen sloj sa minimalnimdeektom i površinom koja je ravna početna pločica. Epitaksijalni rast mo"e da se vrši iselektivno na određenim mjestima. $o su obično predhodno iskopane rupe u silicijumskoj pločici. Iko je na mjestu van rupa silicijum oksidisan, proces se mo"e podesiti tako da seepitaksijalni rast vrši samo na mjestima čistog silicijuma, au rupama, i to je endotaksijalnirast. Endo * grčki endon+ predmetak u slo"enicama sa značenjem unutra, kod ku!e.Epitaksijalni rast mo"e da se ostvari i na podozi od različitog materijala. Potrebno jesamo da se konstanta rešetke materijala kojem se vrši epitaksijalni rast, bude ista kao ikonstanta rešetke podloge. $ako silicijum mo"e da raste na podlozi od saira.



1.%. OKSIDACIJA

3ksidacija silicijuma se vrši radi stvaranja oksidnog sloja na površini silicijuma. 3vajsloj, koji čini silicijumdioksid * ili varc, ima odlične i mehaničke i dielektrične osobine.

$okom proizvodnje slu"i kao maska prilikom diuzije primjesa, a na gotovim elementimaili integrisanim kolima kao površinska zaštita P) spojeva i kao izolacioni sloj iznadelemenata, kako bi se mogle izvesti veze među njima. 3ksidacija silicijuma se običnovrši u pe!i za oksidaciju, koja je prikazana na slici %.8.

4lika %.8. Pe! za oksidaciju silicijuma

@ grijno tijelo sa otpornim grijačem

@ kvarcna cijev

@ silicijumske pločice

@ ulaz oksidanta ili pare sa nose!im gasom

@ izlaz gasa

= kvarcnoj cijevi na nosaču koji je također od kvarca, postave se silicijumske pločicetako da budu u sredini zone grijanja. 5agrijavanje je obično na višoj temperaturi otporno.$emperatura na kojoj se vrši oksidacija je od &<<2 %6<< JD. 3ksidacija na višojtemperaturi teče br"e. 5bog toga se viša temperatura koristi za deblje, a ni"a za tanjeslojeve. )jčeš!e se radio o temperaturi oko %%<< JD. 1roz kvarcnu cijev protiče ili suhkiseonik ili neki neutralan gas sa vodenom parom.

Prema tome, hemijska reakcija za vrijme oksidacije je sljede!a

•

•

$ako silicijum iz površinskog sloja prelazi reakcijom sa ili *vodenom parom+ u . )aosnovu gustine i molekularne te"ine mo"e se pokazatida je to za debljinu oksidnog slojautrošen površinski sloj silicijuma debljine <,8'.= početku dok je oksidni sloj tanak, brzina kojom raste debljina oksida je ograničena samo brzinom reakcije izmeđuoksidanta i silicijuma. 1ada sloj oksida naraste, brzinu ograničava diuzija oksidanta krozoksid ka površini silicijuma. ?ebljina oksidanta je od nekoliko stotina I *%IK m+ pa do



oko 6 Fm. $anak oksid se koristi kod A34 elemenata kao dielektrik ispod gejta. 5amasku pri diuziji debljina je <,'2 %,6Fm. ?ebeo oksid od 627 Fm pravi se pri proizvodnjiA34 integrisanih kola, da bi se smanjili štetni kapaciteti.

1.&. I'RADA (O#OMASKI(otomaske za planarnu tehnologiju su, ustvari, otonegativi koji se koriste zaotolitograsko dobijanje oksidnih maski na pločici silicijuma, ili za dobija nje metalnihmaski za naparavanje u tankoslojnoj tehnici. = planarnoj tehnici se radi veliki brojelemenata ili integrisanih kola istovremeno na jednoj pločici silicijuma. 5nači, na jednojotomaski treba da je elemenat, odnosno integrisano kolo2 umno"eno. (otomaske moraju biti vrlo precizno urađene. =koliko su elementi manjih dimenzija, potrebno je više maskikoje se uzastopno koriste, utoliko preciznost mora biti ve!a.

1.). (O#OLI#O*RA(IJA(otolitograija je selektivno nagrizanje ili metala ili dielektrika. ?ielektrik je običnosilicijumdioksid a metal, napareni aluminijum. 1ompletan otopostupak je prikazan naslici %.'.

4lika %.'. (otolitograski postupak

@ nanošenje otoresta na oksidni sloj

@ djelovanje ultraljubičastog svjetla na otot

@ područije a nepolimerizovanog otorezista

@ odstranjivanje nepolimerizovanog otorezista

@ odstranjivanje oksidnog sloja

@ odstranjivanje polimerizovanog otorezista

)a oksidisanu silicijumsku pločicu, ili na metalnu oliju, nanosi se tanak sloj *nekolikomikrona, tj. mikrometara+ emulzije osjetljive na svjetlost. 3va emulzija se nazivaotorezist. (otorezist ima osobinu da se pod uti2cajem svjetlosti polimerizuje i postaje



otporan na kiseline sa kojima se nagriza 4i, odnosno metali. )aneseni sloj otorezista seosuši u sušnici ili pod djejstvom inracrvenih zraka.

5a vrijeme rada sa otorezistom, prostorija mo"e biti osvijetljena "utom svjetloš!u nakoju on nije osjetljiv. lznad otorezista se postavi otomaska i izvrši eksponiranje saultraljubičastim zracima, kao to se vrši kontaktno kopiranje otograija. )a mjestima kojasu bila osvijetljena, izvrši se polimerizacija *polimerizacija je stvaranje stabilnihhemijskih jedinjenja sastavljenih od više raz%ičitih elemenata+. Bazvijanjem se ukloni*rastvori+ nepolimerizovan otorezist sa mjesta koja nisu bila osvijetljena. = sušnici se polimerizacija izvrši do kraja, tako da se dobije vrlo čvrst i otporan sloj polimerizovanogotorezista, čvrsto prileglog na podlogu. Podloga je na taj način zašti!ena na svimmjestima osim na onim, gdje treba da se izvrši nagrizanje. )agrizanje nezašti!enogdijela vrši se u pogodnoj kiselini. 5a 4i to je luorovodonična kiselina. )a taj način su seu oksidnom sloju dobili otvori na svim mjestima na kojima je na otomaski bilo tamno.(otorezist se potorn nagriza u nekoj kiselini koja napada organsku materiju kao što jesumporna kiselina *+, a ne napada podlogu. Ponekad, da bi se sigurno uklonio, vrši sezagrijavanje do 9<< JD. )a taj način se razla"e i ispari.

1.+. DI(U'IJA?iuzijom se dobijaju P) spojevi, te od nje zavise i osnovne karakteristike elemenataintegrisanih kola. ?a bi se dobili dobri, neusmjerački spojevi, neophodno je da poluprovodnik ima veliku koncentraciju primjesa. ?iuzijski proces slu"i za kontroliranounošenje primjesa tipa P ili ) u silicijevu pločicu, kroz diuzijske prozore u oksidnomsloju. 3vaj proces se odvija na temperaturi od &<<2 %7<<JD. 0ako je diuzija u bititrodimenzionalni proces, u velikom broju primjena mo"e se dovoljno tačno aproksimirati jednodimenzionalnim modulom.

?iuzije se mo"e vršiti na dva načina-@ diuzija iz neograničenog izvora,

@ diuzija iz ograničenog izvora.

?iuzija iz ograničenog izvora podrazumijeva da se diuzija odvija uz konstantnu površinsku koncentraciju atoma primjesa tokom cijelog trajanja procesa. = silicijum, uovom slučaju, se diundira više atoma primjesa što je trajanje pocesa du"e i temperaturadiuzije je viša.$ipični podaci su-

@ temperatura diuzije - &<<2 %7<<JD

@ trajanje diuzije- od nekoliko desetaka minuta do nekoliko sati

?iuzija iz ograničenog izvora se vrši postupkom predepozicije, tj. unosi se tačnoodređena *konačna+ količina atoma primjesa. 5atim se silicijumska počica zagrije dotemperature na kojoj se obavlja proces diuzije, u uvjetima koji sprečavaju izlazakunesenih atoma iz silicijuma u okolni prostor. = opisanim uvjetima, atomi primjesa iz povšinskog sloja diundiraju u volumen silicijuma. )a slici %.9. prikazana je uproš!ena



shema pe!i za diuziju iz gasne aze. 3na se najčeš!e koristi.

4lika %.9. Pe! za diuziju

@

@ kvarcna cijev

@ grijno tijelo za zagrijavanje diundanata

@ ladica sa diundantom

@ termospreg sa instrumentom

@ silicijumske pločice

@ nosač silicijumskih pločica

@ grijno tijelo za zagrijavanje silicijuma

@ termospreg sa instrumentom za mjereje temperature

?iundat je u obliku pare koja se nalazi u nose!em gasu. 3ko kvarcne cijevi *%+ kroz koju protiče azot *+, nalazi se spolja grijač *6+, a u unutrašnjosti sud sa diundantom *7+.?iundant je materijal koji daje primjesne atome za diuziju. Ao"e bitičisti materijal*naprimjer, antimon+, ili neko jedinjenje koje se na temperaturi diuzije raspada.?iundant se zagrijava do temperature isparenja koja se mjeri pomo!u terposprega 8.Izot koji se dovodi na ulaz cijevi, nosi sa sobom pare diundanta na silicijumske pločice ', koje su postavljene vertikalno na kvarcnom nosaču 9. 3ko cijevi, na mjestu gdje jesilicijum, nalazi se griječ : koji zagrijava silicijum do temperature na kojoj se vršidiuzija. $emperatura se mjeri termospregom ;. )a površinu silicijuma, iz gasa se

nanose atomi primjese, ali i isparavaju sa površine. )a određenoj temperaturi, uzavisnosti od vrste primjesa, uspostavlja se ravnote"a između pridošlih i isparenih atoma,gdje je tokom diuzije površinska koncentracija primjesa konstantna. ?iuzija se običnovrši kroz oksidnu masku, odnosno kroz otvore na silicijumdioksidu. $reba voditi računada se diuzija vrši i u silicijumu ispod oksida. )a slici %.:. se vidi kako se primjese prodrle u slilicijum kroz otvor u oksiduod dubine , normlano na površinu, i dubine paralelno na površinu silicijuma ispod oksida.



4lika %.:. ?iuzija se vrši samo kroz otvore u oksidu

3bično za %'2 6<> je manji od . =koliko u materijalu postoje mehanička naprezanja iukoliko postoji veliki broj dislokacija, koeicijent diuzije se pove!ava pa je brzinadiuzije , odnosno dubina diuzije, u tim slučajevima ve!a. Pove!avanjem koncentracije primjesa, u kristalnoj rešetci poluprovodnika nastaju naprezanja. $ako, kada se pravi )P) tranzistor i vrši diuzija osora vrlo velike koncentracije za emiter, koeicijentdiuzije je veoma velik, pa je koncentracija primjesa u blizini površine skoro konstantna.Pored toga, za vrijeme diuzije osora za emiter produ"ava se diuzija bora u bazi. 1ako je koncentracija osora u emiteru vrlo velika *+, na tom mjestu nastaju naprezanja. =sljedovih naprezanja se koeicinet diuzije bora, te bor br"e diunduje. )a slici %.;. vidi sekako je bor ispod emitera diundovao do ve!e debljine nego vanpodručja emitera. Prematome, umjesto da debljina baze budje . 3vo je jedan od što se ne mo"e napraviti tranzistor sa vrlo uskom bazom *tj. ovo je tehnološko graničenje za graničnu ekvenciu tranzistora+.

Slika 1.8. Drugom difuzijom (emiter) dubinaprve difuzije (baza) se povećava

1.,. JO$SKA IMPLA#ACIJA

Pored opisanih planarnih postupaka upotrebljavaju se i mnogi drugi, kao dopuna planarnih procesa, radi poboljšanja osobina mikroelektronskih kola, posebno u #L40tehnologiji. Medan od njih je jeonska implatntacija. $o je postupak kontrolisanog unošenja

primjesa u poluprovodničku pločicu i predstavlja altrernativu diiuziji, a ponekad sekoristi u kombinaciji sa diuzijom. = jonskoj izvoru stvaraju se jonizovani akceptorski ilidonorski atomi, ubrzavaju se i okusiraju, i pod dejstvom jakog elektroničkog poljaudaraju u poluprovodničku pločicu. Moni prodiru kroz površinu poluprovodnika, sudarajuse sa atomima u kristalnoj rešetci, uslijed čega poctepeno gube energiju dok se potpunone umire na nekoj dubini unutar poluprovodničke pločice. 1ao posljedica toga najve!akoncentracija implantiranih primjesa nije nepocredno na površini, kao kod diuzije, negodublje u podlozi što je prikazano na %.& slici.

4lika. %.&. Monska implantacija

?ubina prodiranja jona u poluprovodnik, odnosno udalenost ormiranog P) spoja od površine pločice, pove!ava se sa energijom jona i i zavisi još od mase jona. 4aenergijama implatacije od % k# do % A# dobijaju se dubine prodiranja od <,<% do %< Fm.1oncentracija implantiranih jona određena je gustinom struje snopa jona i trajanjem implatacije.Pošto se na svom putu kroz podlogu joni sudaraju sa atomima kristalne rešetke i predaju imenergiju, pri jonskoj implataciji dolazi do deormiranja kristalne rešetke. ?a bi se deormisanje



otklonilo, neophodno je poslije jonske implatacije izvršiti zagrijavanje pločice do 9<<ND. Monskaimplantacija ce odvija u vakuumu, na sobnoj temepraturi u vrlo slo"enomim i skučnenimuređajima. =pravo je to razlog nedostatka jonske impantacije u poređenju sa diuzijom. Moš jedannedostatak jonske implantacije je što se pri ovom postupku ormia zaštitni sloj silicijum2dioksidana površini podloge. 4 druge s trane, u odnosu na diuziju jonska implantacija ima niz prednosti.

Aogu!a je precizna kontrola unesenih jona primjesa pomo!u uređaja za brojanje naelektrisanihčestica. $akođer je mogu!a precizna geometrija dopiranih clojeva, jer kod jonske implantacijeskoro da nema lateralnih *bočnih+ širenjaprimjesa iznad maske. $o omogu!ava i pove!anje gustih pakovanja komponenata. #eliku prednost u odnosu na diuziju predstavlja i mogu!nost dobijanjavrlo plitkih P) spojeva, kao i ormiranje različitog dopiraranih slojeva proizvoljnim rasporedom.0zvođenje jonske implantacije pri niskim, sobnim tepmeraturama takođe je prednost u odnosu navisokotemperaturne procese diuzije.

1.-. I'RADA ELEK#RIČ$I VE'A Postupkom metalizacije realizuju se kontakti s pojedinim područijima komponenatamonolitnog sklopa, a i veze među kontaktnim mjestima preko sloja kojim je zašti!enasilicijeva površina. 1od unipolarnih A34 sklopoca metalizacijom se or miraju još ikontrolne ili upravljačke elektrode A34 tranzistora, te metalne elektrode A34kondenzatora. 1ao materijal kojim se provodi metalizacija uzima se aluminijum jer on bolje od svih ostalih metala ispunjavave!inu zahtjeva koji se pred metalizaciju postavljaju. Aetalizacija treba da ispuni sljede!e zahtjeve-

• formiranje neispravljački kontakata sa sili!ijem"

• nizak iznos spe!i#čnog otpora"

• dobro prijanjanje na sloj sili!ij dioksida "

• dobro odvo$enje toplote.

%anki metalni #lm nanosi se na povr&inu monolitnog integriranogsklopa" na različite načine. 'edan od uobičajeni jestevakumskonaparavanje. ujetima visokog vakuma isparava se metalkoji se zatim naparuje na povr&ini sili!ijumske ploči!e s difundiranimmonolitnim sklopovima. etal se zagrije do temperature isparavanja iligrijanjem pomoću *arene niti od volframa ili grijanjem elektronskimmlazom.

+rilikom naparavanja" tanki metalni #lm tipične debljine od ,"- do /mnanosi se preko !ijele povr&ine ploči!e. 0otolitografskim postupkomodstanjuje se metalni #lm s oni dijelova ploči!e gdje metaliza!ija nijeprevi$ena električnom semom sklopa. od formmiranja kontakata sasili!ijem p tipa doći će do pojave neispravljačkog kontakta izme$ualuminijuma i sili!ijuma. e$utim" pri stvaranju kontakta sa sili!ijem ntipa" u odre$enim slučajevima moguća je pojava ispravljačko kontakta



jer pri pro!esu legiranja nastaje prijelazatoma aluminijuma u sili!ijum.+riroda legiranja je takva da pri kon!entra!iji donora na pov&ini sili!ijaatoma2dolazi do nadkompozi!ije donorski atoma u sili!ijumualuminijevim ak!eptorskim atomima koji prodiru u sili!ij" čime seformira ispravljački +3 kontakt.

pojava ne*eljenog ispravljačkog kontakta izbjegava se ako se prijenano&enja metalnog sloja u sili!ij n tipa izv&i pretodna difuzija sapov&inskom kon!entra!ijom donora atoma2. 3aravno" to je potrebnoukoliko već nije ispunjen spomenuti uvjet.3a sli!i 1.1,. predstavljen je sematski prikaz planarnog pro!esa.

Slika 1.1,. +lanarsni pro!es

• monokristalna sili!ijeva podloga

• nano&enje epitaksijalnog sloja

• nano&enje oksidnog slola

• otvor za difuziju u oksidnom sloju

• diguzija primjesa i formiranja pn spoja

• nano&enje metalnog kontakta

?osad spomenuti i opisani postupci su temelj planarne tehnike. Aeđutim, ima jošmnoštvo postupaka koji se upotrebljavaju u planarnoj tehnici kao korisna dopuna. )ekiod njih bit !e, koliko je to neophodno za razumijevanje rada elektroničkih sklopova,opisani tamo gdje njihova primjena to zahtjeva. 3vdje !e biti još dodatno opisan postupak jonske implatacije, kao dopuna procesu diuzije u pojedinim azama proizvodnje monolitnih integrisanih sklopova. pod jonskom implatacijom podrazumijeva se kontrolisano unošenje atoma primjesa p

ili n u poluprovodnik pod djelovanjem jakog električnog polja. Monski izvor daje određen broj jonizovanih donorskih ili akceptorskih atoma koji se metodama elektronske balistikei otoprilike ubrzavaju, okusiraju *usmjeravaju2izoštravaju+ u separiraju *izdvajaju+ odostalih, ne"eljenih jona prije nego što oni udare na metu, odnosno poluprovodničku pločicu. 1oncentracija implantiranih atoma određena je gusto!om struje snopa i tajanjemimplatacije. ?ubina prodiranja jona u poluprovodnik, atime i uodaljenost pn2 spoja od povšine pločice, raste s naponom ubrzanja jona. ?anas se obično posti"u dubine pn2spojeva do % Fm uz napone ubrzanja od %< do 7<< k#. #e!i naponi se izbjegavaju. Monska



mimplatacija se sprovodi u vakumu i pri sobnoj temperaturi, nakon čega se pločicazagrijava do temperature od nekoliko stotina JD, radi uklanjanja deektra kristalne rešetkeizazvanih prodiranjem jona u poluprovodnik. = ovom postupku obično se upotrebljavaju snopovi jona promjera reda veličine od %cm, uz struju snopa od % FI do 6I. = silicijum se obično unosi od do atoma primjesa

po . Aogu!nost dobijanja vrlo plitkih pn2 spojeva, a i niska temperatura pri kojoj seobavlja implatacija, glavne su prednosti ovog postupka i to je razlog njegove sve ve!e primjene u proizvodnji savremenih monolitnih integrisanih sklopova.

1./. SPOJ$A O#POR$OS#

Medan od parametara koji se mnogo koristi za određivanje karakteristika planarnih procesa u projektovanju integrisanih kola, jeste spojna otpornost. =proštena deinicijaspojne otpornosti data je na primjeru poluprovodnika sa konstantom koncetracijom

primjesa. Posmatra se uzorak poluprovodničkog materijala u obliku paralelopipeda sakonstantom konstantom koncentracijom primjesa ) *slika %.%%+ planarne dimenzijeuzorka su jednake i iznose L, a debljina uzorka je vrlo mala u odnosu na L i iznosi O j .

4lika %.%%. a+ uzorak sa konstantnom koncentracijom primjesa ) b+ uzorak sa promjenljivom konstantom primjesa )*O+

3tpornost uzorka struji 0 data je poznatom relacijom-

Belacija %.%. ,

dje je speciična otpornost materijala, l je du"ina uzorka i s poluprečni presjek uzorka.Iko se relacija %.% primjeni na uzorak sa slike %.%%. a+ dobija se-

0zraz %.%. ,

dje je speciična provodnost materijala predstavljena preko pokretljivosti be!inskihnosilaca naelektrisanja, koncentracije primjesa ) i naelektrisanja Q. #eličina data izrazom%.%. naziva se spojna otpornost *sheet resistance+. =prošteno, spojna otpornost predstavljaotpornost vrlo tankog spoja debljine napravljenog od materijala cpeciične otpornostiodređena je relacijom %.6. -

Belacija %.6. .

Ponekad se speciična otpornost materijala izra"ava pomo!u spojne otpornosti-

Belacija %.7. .

Pocmatrajmo uzorak materijala kao na slici %.%%. b+ kod koga koncentracija primjesa nijekonstantna ve! se mijenja sa promjenom dubine po nekom slo"enom zakonu )*O+. =



ovom slučaju spojna otpornost deinisana je sljede!im matematičkim izrazom-

0zraz %.6. .

Prema relalaciji %.%. spoja otpornost ima dimenziju otpornosti i jedicu om *R+. Aeđutim,da bi se izbjegle konuzije između otpornosti i spojne otpornosti, spojna otpornost se

iura"ava u omima po kvadratu. $reba ista!i da spojna otpornost ne zavisi od dimenzija posmatranog kvadrata. 4pojna otpornost materijala ista je za kvadrat ctranice % Fm, kao iza kvadrat stranice %< Fm. 4pojna otpornost se često koristi za proračun vrsta otpora uintegrisanim kolima. Posmatra se tanak sloj provodljivog materijala, debljine , spojneotpornosti B, du"ine L i širine S *slika %.%%. a++. )jegova spojna otpornost data jeizrazom-

0zraz %.7. .

4a slike %.%6. i iz izraza %.7. jasno je da se otpornost B mo"e određivati brojanjemkvadrata stranice S koji se mogu smjestiti u oblast otpora.

4lika %.%6. uz proračun spojne otpornosti

1.10. MJERE$JE SPOJ$E O#POR$OS#I ME#ODOMČE#IRI #AČKE

Medna od najjednostavnijih metoda za mjerenje spojne otpornosti jeste metoda četirišiljka. Principijelna aparatura za ovu metodu prikazana je na slici %.%7.. lavni dioaparata se sastoji od četiri elastična šiljka obično od volrama koji su postavljeni nanapon na istom rastojanju. Preko spoljašnjih šiljaka % i 8, kroz uzorak se propuštakoncentrirana struja 0 iz izvora koncentrirane struje.

4lika %.%7. Princip mjerenja spojne otpornosti metodom četiri šiljka

3va struja stvara u uzorku pad napona = koji se mjeri između unutrašnjih šiljaka 6 i 7.

Iko je uzorak velikih dimenzija, mnogo ve!i od rastojanja između šiljaka %,matematičkom analizom mo"e se pokazati da je speciična otpornost data izrazom-

0zraz %.8. ,

odnosno spojna otpornost izrazom-

0zraz %.'. ,



gdje veličina konstante D uglavnom zavisi od dimenzija uzoraka.

'al!2ča3

Li4era42ra3Elektronika za 0# razred elektrotehničke škole *Iida 4tani!21urtovi!+, 4vjetlost,4arajevo, 6<<%.

Aikroelektronika za tre!i razred elektrotehničke škole *3lga Turi!i! Tuki!+, zavod zaud"benike i nastavna sredstva, eograd, %&&:.

Ko5en4ar3

UUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUU





UUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUU UUUUUUUUUUUUUUUUUU



?atum predaje rada- UUUU.UUUU 6<%8 godine.

?atum odbrane rada- UUUU.UUUU 6<%8 godine.

3cjena-UUUUUUUU

/lanovi komisije-

@ UUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUU

@ UUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUU

7. UUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUU

Documents

planarna tehnologija