Физико-химические основы технологии электронных средств

Учебное пособие

В учебном пособии рассматриваются физико-химические основы технологических процессов производства электронных средств. Основное внимание уделяется рассмотрению теоретических закономерностей в процессах, связанных с современными методами формирования микроэлектронных структур: процессам очистки, легирования полупроводниковых структур, формированию проводящих и диэлектрических пленок, различным методам литографии. После каждого из разделов пособия приводятся контрольные вопросы для самопроверки усвоения полученных знаний. Учебное пособие предназначено для студентов направления подготовки «Конструирование и технология электронных средств» уровней бакалавриата и магистратуры, а также может быть полезно студентам смежных направлений подготовки, интересующихся вопросами современной технологии производства электронных средств.

Кафедра радиоэлектронных технологий и экологического мониторинга

Библиографическая запись:

Иванов, А. А. Физико-химические основы технологии электронных средств: Учебное пособие [Электронный ресурс] / Иванов А. А., Ряполова Ю. В., Солдаткин В. С. — Томск: ТУСУР, 2017. — 307 с. — Режим доступа: https://edu.tusur.ru/publications/6922.
Год издания: 2017
Количество страниц: 307

Содержание

ВВЕДЕНИЕ ........................................................................................................ 7

В.1 Этапы развития электроники ...................................................................... 7

В.2 Классификация интегральных микросхем ................................................. 9

В.3 Профильно-технологическая схема ............................................................ 11

В.4 Контрольные вопросы ................................................................................ 14

1 ОСОБЕННОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ………….....................15

1.1 Некоторые свойства полупроводников ........................................................15

1.2 Индексы Миллера ........................................................................................17

1.3 Дефекты кристаллической решетки .............................................................19

1.4 Контрольные вопросы...................................................................................24

2 ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОВЕРХНОСТНЫХ ПРОЦЕССОВ И ЯВЛЕНИЙ ...25

2.1 Термодинамика поверхностных процессов ..................................................25

2.2 Смачивание...................................................................................................28

2.3 Адсорбционные процессы ............................................................................29

2.4 Адгезия..........................................................................................................36

2.5 Контрольные вопросы...................................................................................39

3 ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЛЕГИРОВАНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВ………40

3.1 Диффузионное легирование .........................................................................40

3.1.1 Законы диффузии........................................................................................41

3.1.2 Механизм диффузии....................................................................................44

3.1.3 Факторы, влияющие на коэффициент диффузии.........................................45

3.1.4 Техника выполнения диффузионного легирования......................................49

3.2 Ионная имплантация ......................................................................................51

3.2.1 Достоинства и недостатки ионной имплантации..........................................51

3.2.2 Процессы взаимодействия ионов с веществом ...........................................52

3.2.3 Механизмы потерь энергии при взаимодействии иона с веществом...........54

3.2.4 Распределение пробега имплантированных ионов в твердом теле ............55

3.2.5 Каналирование ионов .................................................................................59

3.2.6 Образование и отжиг радиационных дефектов............................................62

3.3 Радиационно-стимулированная диффузия .....................................................65

3.4 Контрольные вопросы.....................................................................................66

4 ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТИ ПОДЛОЖЕК .....69

4.1 Виды загрязнений ...........................................................................................69

4.2 Физические методы очистки ...........................................................................70

4.3 Механизм удаления поверхностных загрязнений............................................73

4.4 Химическая обработка подложек ....................................................................76

4.5 Кинетика химического травления.....................................................................77

4.6 Газовое травление.............................................................................................81

4.7 Термообработка ................................................................................................82

4.8 Контрольные вопросы........................................................................................83

5 ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИОННО-ПЛАЗМЕННОГО И ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОГО ТРАВЛЕНИЯ .....84

5.1 Механизм ионного травления ...........................................................................84

5.2 Коэффициент ионного распыления ...................................................................86

5.3 Схема ионно-плазменного распыления..............................................................90

5.4 Триодная схема ИПТ ..........................................................................................94

5.5 Ионно-лучевое травление ..................................................................................95

5.6 Плазмохимическое травление ............................................................................97

5.7 Реактивное ионное травление ............................................................................99

5.8 Контрольные вопросы........................................................................................100

6 ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОБРАЗОВАНИЯ И РОСТА ТОНКИХ ПЛЕНОК ....101

6.1 Термодинамическая модель механизма зарождения и роста пленок ................102

6.2 Гетерогенное образование зародышей...............................................................104

6.3 Влияние технологических факторов на структуру пленок...................................106

6.4 Особенности роста пленок..................................................................................109

6.5 Эпитаксиальное наращивание пленок.................................................................110

6.6 Молекулярно-лучевая эпитаксия .........................................................................113

7 ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ФОРМИРОВАНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ ..............118

7.1 Термическое окисление кремния ........................................................................118

7.1.1 Кинетика процессов термического окисления кремния…………………................118

7.1.2 Факторы, влияющие на скорость окисления кремния........................................123

7.1.3 Схема установки для термического оксидирования кремния ...........................124

7.2 Химическое осаждение диэлектрических пленок................................................126

7.3 Плазмохимическое осаждение диэлектрических пленок…………………................129

7.4 Реактивное ионно-плазменное осаждение пленок..............................................133

7.5 Контрольные вопросы..........................................................................................134

8 ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ОСАЖДЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК ...135

8.1 Особенности электрохимического осаждения и растворения металлов…...........135

8.2 Механизм электрохимического осаждения .........................................................138

8.3 Влияние физико-химических факторов на структуру осаждаемых металлических пленок……140

8.4 Химическое осаждение металлических пленок ...................................................144

8.5 Контрольные вопросы...........................................................................................146

9 ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕРМОВАКУУМНОГО МЕТОДА ПОЛУЧЕНИЯ ПЛЕНОК ......148

9.1 Схема термического вакуумного осаждения.........................................................148

9.2 Испарение вещества в вакууме ............................................................................149

9.3 Пролет атомов от испарителя к подложке ............................................................152

9.4 Процессы конденсации испаряемого вещества на подложке ...............................156

9.5 Контрольные вопросы............................................................................................159

10 ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССОВ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛЕНОК ИОННОЙ БОМБАРДИРОВКОЙ ........160

10.1 Основы плазменных методов напыления пленок ...................................... 160

10.2 Физическое катодное распыление .............................................................. 162

10.3 Реактивное катодное распыление ............................................................... 163

10.4 Ионно-плазменное распыление................................................................... 163

10.5 Высокочастотное распыление .................................................................... 165

10.6 Магнетронные распылительные системы................................................... 167

10.7 Осаждение пленок термоионным методом................................................. 171

10.8 Ионно-кластерное осаждение пленок......................................................... 173

10.9 Контрольные вопросы................................................................................... 174

11 ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФОТОЛИТОГРАФИИ ................................... 176

11.1 Сущность процесса фотолитографии .......................................................... 176

11.2 Фотохимические законы ............................................................................. 177

11.3 Фотохимические реакции ............................................................................ 179

11.4 Виды фоторезистов........................................................................................ 181

11.5 Основные параметры фоторезистов ............................................................ 183

11.6 Получение изображения при фотолитографии .......................................... 187

11.7 Контрольные вопросы................................................................................... 191

12 ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛИОННЫХ МЕТОДОВ ЛИТОГРАФИИ....... 193

12.1 Электронная литография ............................................................................. 193

12.2 Рентгеновская литография........................................................................... 198

12.3 Ионно-лучевая литография.......................................................................... 201

12.4 Контрольные вопросы.................................................................................. 206

13 ТЕХНОЛОГИЯ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ…………….…………………………......................... 207

13.1 Классификация печатных плат, области применения……………………........... 207

13.2. Материалы печатных оснований…………… …………………………….................... 212

13.3. Фоторезисты…..……………………………………………………………......................... 221

13.4. Диазокопирование……….…………………………………………………...................... 225

13.5. Методы изготовления одно- и двусторонних печатных плат…………............. 226

13.6. Особенности производства многослойных печатных плат……….....…......... 235

13.7. Выбор технологических методов в производстве печатных плат………........ 246

13.8. Перспективные и новые технологии производства печатных плат……........ 268

13.9. Нанесение влагозащитных покрытий………….….…………………….................. 304

ЗАКЛЮЧЕНИЕ..................................................................................................... 307

ЛИТЕРАТУРА....................................................................................................... 309