חיבורי ביניים ודיאגרמת פאזות

1. חיבורי ביניים ודיאגרמת פאזות פרופ’ יוסי שחם אוניברסיטת תל-אביב

2. דיאגרמת פזות בינרית פזה אחת תמיסה נוזלית S+L S פאזה אחת תמיסה מוצקה

3. דיאגרמת פזות בינריתSiGe

4. חוק המנוף כמות (אטומית) של המוצק: כמות (אטומית) של הנוזל:

5. חוק הפאזות שלGIBBS C: מספר המרכיבים P: מספר הפאזות F: דרגות החופש דוגמה: פאזה בודדת מתחת לקו הסולידוס - F=C-P+2=2-1+2=3 ודרגות החופש הן לחץ, הרכב וטמפרטורה דוגמה:שתי פאזות באזור בין הסולידוס לליקודוס: F=2-2+2=2 ולכן כאשר הלחץ והטמפרטורה נקבעו ההרכב איננו דרגת חופש יותר וגם הוא נקבע.

6. דיאגרמת פאזותיוטקטית (Eutectic) Au-Si, Al-Si, Pb-Sn מערכות שימושיות: • יוטקטי - מיוונית, “ניתך בקלות”. • טמפרטורת ההיתוך של התערובות נמוכה בהרבה מזו של המרכיבים. • שימושים: קבלת נתך מוצק מתכתי עם טמפרטורת היתוך נמוכה יחסית: • מגעיםאוהמים, הולכת חום, חוזק מכני

7. דיאגרמת פזות בינרית - זהב-סיליקון

8. הלחמת סיליקון למתכת

9. מגע בין סיליקון לאלומיניום

10. יצירת “בורות” בסיליקון ע”י המגע לאלומיניום

11. דיאגרמת פזות אלומיניום-סיליקון

12. דיפוזיה של אלומיניום לתוך סיליקון

13. דיפוזיה של סיליקון באלומיניום (המשך) זהו מקדם דיפוזיה גבוה יחסית. לדוגמה, בטמפרטורה של400 מעלות צלזיוס מקדם הדיפוזיה שווה ל: מקדם הדיפוזיה הגבוה גורם להיווצרות חורים - “SPIKES” בסיליקון אליהם נכנס האלומיניום

14. SEM של מגע אלומיניום לסיליקון אחרי 350 מעלות צלזיוס במשך “10 אחרי 425 מעלות צלזיוס במשך ‘10

15. גבישוני סיליקון שנוצרו בתוך אלומיניום שנגע בסיליקון.התהליך כלל דיפוזיה וגיבוש בפזה מוצקה של הסיליקון בתוך האלומיניום בזמן הקירור.התמונה התקבלה לאחר הסרת האלומיניום.

16. סיליסידים - Silicides • במגע בין מתכת לסיליקון נוצרות תרכובות הקרויות סיליסידים. • תרכובות אלו נוצרות עקב טיפול תרמי. • תרכובות אלו מוליכות וקובעות במידה רבה את תכונות המגע. • כדי שהמגע יהיה טוב הוא צריך להיות מישורי ואחיד. • המגע יכול להיות אוהמי או מיישר - תלוי בגובה מחסום שוטקי.

17. התנגדות סגולית של סיליסידים

18. פלטינום - סיליסייד • יוצר מגע מיישר במגע עם סיליקון סוגN • משמש ליצירת דיודות שוטקי על סיליקון

19. דיאגרמת פזות פלטינה - סיליקון

20. תכונות שלפלטינום-סיליסייד • Congruent phases: if the composition of the liquid is the same as the solid as the equilibrium compound melts. • Pt2Si & PtSi are congruent • Pt3Si is not congruent - there is a phase separation when it melts - @870C it transforms into a mixture of liquid with a composition Pt78Si22 and a Pt7Si3 solid. • Pt3Si undergoes a peritectic reaction.

21. מה קורה כאשר שמים שכבת פלטינה דקה על סיליקון ומחממים ? • יש לפחות חמש פזות מוצקות בשיווי משקל. • Pt2Si היא הפאזה הראשונה שמופיעה • PtSi היא הפאזה השניה והאחרונה שמופיעה. • טמפרטורת הריאקציות נמוכה בהרבה מהטמפרטורההאוטקטית. • פני השטח ביןPtSi ל-Si הנם יציבים.

22. הריאקציה בין פלטינה לסיליקון ~300C ~300C Pt Pt2S Pt2S Si Si Si תבנית סופית. Pt2S PtS PtSi Si Si

23. מגע טיטיניום לסיליקון • שיקוע טיטניום • יצירת סיליסייד • שיקוע אלומיניום

24. גובה מחסום שוטקי במגע בין סיליסייד לסיליקון

25. תהליךSALICIDE תהליך למגע לטרנזיסטור בממדים קטנים: SALICIDE - Self Aligned silicide

26. SALICIDE שלבים ב’ וג’

27. SALICIDE - השלב הסופי השלב האחרון דורש חימום ל 450-500 מעלות צלזיוס. יתכן ויש צורך להכניס שכבת מחסום בין האלומיניום לסיליסייד. אנו נדון בהמשך ביצירתאלומינידיםובשכבות מחסום.

28. דיאגרמות פאזותטרנריות

29. קווים מקשרים - Tie lines כל תרכובת על הקו המקשרB-AC תהייה תערובת של שתי פאזות, B ו- AC , בשיווי משקל.

30. קווים מקשרים (המשך) • בדיאגרמה אזור דו-פאזי מוקף באזור חד פאזי • קוו מקשר ביןB ל-C דרךA מתאר קיום שתי פאזות בשיווי משקל. • חוק גיבס: F=C-P+2=3-2+2=3 ומכיוון שP ו- T קבועים ישנה דרגת חופש אחת ולכן שתי הפאזותB ו-C אינן יכולות להיקבע באופן בלתי תלוי.

31. חוק המנוף בדיאגרמותטרנריות

32. חוק המנוף בדיאגרמותטרנריות (המשך) נתונות שלוש פאזותR, S ו-L. R=0.2A+0.7B+0.1C S=0.4A+0.4B+0.2C L=0.1A+0.3B+0.6C נניח תערובת של שני חלקיםR, שלושה חלקיםS וחמישה חלקיםL: 0.2X0.2+0.3X0.4+0.5X0.1=0.21A 0.2X0.7+0.3X0.4+0.5X0.3=0.41B 0.2X0.1+0.3X0.2+0.5X0.6=0.38C התערובתהנ”ל הנה הנקודהP.

33. חוק המנוף בדיאגרמות טרנריות (המשך) כדי לחשב את היחסים שלR,S ו-L נשתמשביחוקהמנוף לדיאגרמותטרנריות: %S = 100% x PO/SO %O = 100% x SP/SO התרכובתO אף היא עשויה משתי פאזות: %R = OL/RL x SP/PO x 100% %L = RO/RL x SP/PO x 100%

34. אינטרקציה בין מתכת לתחמוצת TiSi2יציב במגע עם SiO2 קווים מקשרים של תערובות יציבות בשיווי משקל לא יכולים להיחצות ולכן הקוויםהמקווקויםמתארים קווי קישור לא יציבים. .

35. חישובים תאורטים של קווי-קישור יציבים

36. קווי קישור למערכת Ti-SiO2 אין קו מקשר יציב בין Tiל SiO2, לכן טיטניום איננו יציב במגע עם תחמוצת. לכן טיטניום לא יציב בתוך מטריצה של תחמוצת ולא מתאים לשמש בתוך Via-contact.

37. קווי קישור למערכת W-SiO2 יש קו מקשר יציב בין Wל SiO2, לכן טונגסטןוהסיליסידיםשלו יציבים במגע עם תחמוצת. לכן טונגסטן יציב בתוך מטריצה של תחמוצת ומתאים לשמש בתוך Via-contact

38. יתרונות בשימוש של סיליסידים • מוליכות חשמלית כמו מתכת • מגע חשמלי טוב לסיליקון ולאלומיניום. • תאימות לתהליך הייצור • הצמדה (אדהזיה) טובה למשטחים • אפשרות לשיפוראלקטרומיגרציה • ניתנים לחמצון

39. O2 SiO2 Silicide Si Si חמצון סיליסידים • הקבועהלינארי, B/A, גדול בהרבה מזה של סיליקון • הקבועהפרבוליB דומה לזה של סיליקוןופוליסיליקון

40. חמצון של סיליסידים

41. ריאקציות של סיליסידים • שכבות דקות של סיליסידים מופיעות ב: • מגעים • חיבורי בינייםלוקאלים. • סיליסידים מופיעים: • כריאקציה בין מתכת לסיליקון • מתוך שיקוע ישיר של סיליסייד

42. שכבות סיליסייד חד-גבישיות גידול אפיטקסיאלי של CoSi2ועליו סיליקון.

43. קצב הופעת הפאזות • כאשר מחממים מבנה מתכת-סיליקון מתחילה ריאקציה שיוצרתסיליסידים • השאלה הנה מה נוצר קודם ומתי מגיעים למבנה הכולל אתהסיליסיידהנדרש.

44. דיאגרמת פאזות ניקל-סיליקון

45. ניקל-סיליסייד • לניקל-סיליקון יש 6 פאזות אפשריות של סיליסידים • מניחים שקצב הופעתהסיליסידים בשכבות דקות נובע מהקינטיקה של הריאקציה ולא מהתרמודינמיקה. • בדרך כלל הפאזות נוצרות אחת אחר השניה. • קצב הופעת הפאזות תלוי בטמפרטורה

46. סדר הופעת הפאזות של ניקל-סיליסייד

47. סדר הופעת הפאזות של סיליסידים על מצע סיליקון

48. מכניזם גידול סיליסידים נוקלאציה: שלב ראשון הנו הופעת גרעין הגיבוש שלהסיליסיד השינוי באנרגיה החופשית כתוצאה מהופעת פאזה חדשה (ברדיוסr): השינוי באנרגיה החופשית ליחידת נפח השינוי באנרגיה החופשית ליחידת שטח גידול ספונטני יתקבל עבור רדיוס גרעין הגדול מהרדיוס הקריטי:

49. מחסום אנרגטי לגידול ספונטני: DG DGvar3 DG* rc r bDsr2 אנרגיה חופשית וקצבהנוקלאציה קצבהנוקלאציהליחידת נפח ליחידת זמן

50. גידולהסיליסייד מודל הגידול דומה למודל החמצון של Deal & Grove: x - עוביהסיליסייד D - מקדם הדיפוזיה של הרכיבים הנעים בתוךהסיליסיידבזמן היווצרותו CD- ריכןזאטומיהמתכת, בהנחה שהמתכת היא זו שעושה דיפוזיה ND-מספר אטומי המתכת הנשארים בסיליסייד ks - קצב היווצרותהסיליסיידבמשטח הביניים עםהסליקון.