Der Herstellungsprozess moderner Halbleiter-ICs ist sehr kompliziert. Es wird nur in speziellen Räumen mit Mikroklima auf Präzisionsgeräten durchgeführt. Derzeit werden zur Herstellung von Halbleiter-ICs auf Basis von Bipolartransistoren verschiedene Arten von technologischen Prozessen verwendet, die sich hauptsächlich in der Art und Weise unterscheiden, wie eine Isolierung zwischen einzelnen Elementen hergestellt wird. Die wichtigsten technologischen Vorgänge zur Herstellung von Halbleiter-Mikroschaltungen können in sechs Stufen unterteilt werden.

1. Vorbereitung von Barren zum Schneiden in Platten. Zunächst wird ein Siliziumbarren gezüchtet, dann wird dieser Barren zum Schneiden in Wafer vorbereitet - die Saat- und Schwanzteile werden abgeschnitten und Teile des Barrens mit elektrischen Parametern, die nicht den etablierten Standards entsprechen, oder mit inakzeptablen Anforderungen werden entfernt. Kalibrierung erfolgt durch Schleifen entlang der Erzeugenden der Barrenoberfläche (Rundschleifen) mit einer Schleifscheibe. Nach dem Kalibrieren werden die Enden des Barrens so geschliffen, dass sie streng senkrecht zur geometrischen Achse des Barrens stehen, und um die mechanisch gestörte Schicht und Verunreinigungen zu entfernen, wird der Barren gebeizt. . Die Kontrolle Kristallographische Orientierung das Ende des Barrens und der Basisschnitt wird durch Röntgen oder durchgeführt optische Methoden. Grundlegende und zusätzliche Scheiben erhalten durch Schleifen des Barrens entlang der Erzeugenden mit einer Diamantscheibe auf einer Flachschleifmaschine. Um Schnitte zu erhalten, wird der Barren ordnungsgemäß in einer speziellen Klemme fixiert. Nach dem Basisschnitt wird der Barren in der Klemme aufgefaltet, der Hilfsschnitt fixiert und der Hilfsschnitt abgeschliffen. Nach dem Schleifen der Schnitte wird der Barren geätzt.

2. Schneiden von Barren in Platten. Das Barrenschneiden ist ein wichtiger Vorgang bei der Plattenherstellung, es bestimmt die Oberflächenorientierung, Dicke, Ebenheit und Parallelität der Seiten sowie die Durchbiegung.

Die Hauptmethode zum Schneiden von Siliziumblöcken in Wafer ist das Schneiden mit einer Scheibe mit einer inneren Diamantschneide. Abgeschnittene Bleche werden je nach Ausführung der Maschinen von einem Vakuumabstreifer übernommen oder verbleiben auf dem Dorn. Nach dem Schneiden werden die Platten von Klebstoffen, Schmiermitteln, Staubpartikeln gereinigt.

Vorteile des Trennens mit einer Scheibe mit Innenschneide: schnelle Geschwindigkeit Schneiden (bis 40 mm/min); gute Qualität der Oberflächenbehandlung (8. Rauheitsklasse); geringe Schwankung der Plattendicke (±20 µm); kleiner Abfall.

Nachteile des Schneidens mit einer Scheibe mit Innenschneide: die Komplexität der Installation einer Diamantscheibe, ihre Spannung und Zentrierung, die Abhängigkeit der Qualität und Genauigkeit der Verarbeitung von der Genauigkeit und Qualität des Werkzeugs.

Dieses Verfahren bietet im Vergleich zu anderen Verfahren eine bessere Plattenqualität und eine höhere Prozessproduktivität.

3. Schleifen von Siliziumwafern. Unter Schleifen versteht man den Prozess der Bearbeitung der Oberflächen von Werkstücken auf Festplatten - Schleifmaschinen aus Gusseisen, Stahl, Messing, Glas und anderen Materialien mit Werkzeugen - Schleifmaschinen und einer Schleifsuspension (Bearbeitung mit einem freien Schleifmittel) oder mit Diamantschleifscheiben (Bearbeitung mit gebundenem Schleifmittel).

Freiform-Doppelseiten-Schleifverfahren auf Spezialmaschinen durchgeführt. Vor dem Schleifen werden die Platten nach Dicke sortiert. Die Unebenheit der Arbeitsfläche der Schleifer wird kontrolliert, ggf. führen sie eine Bearbeitung durch - Schleifen mit Ringläppen. Dann werden die Mühlen von Staub und anderen Verunreinigungen gereinigt, mit Wasser gewaschen und mit Glyzerin geschmiert. Auf der Oberfläche des unteren Schleifers werden gezahnte Trennringe installiert, die spezielle Dickentoleranzen aufweisen müssen, und die Dicke muss etwas geringer sein als die Dicke der nach dem Schleifen erforderlichen Platten. Die zu behandelnden Oberflächen werden in die Löcher der Separatoren eingelegt.

Beim Drehen ist das obere Mahlwerk frei auf der Oberfläche der Platten installiert. Die Bewegung des Mahlwerks wird über die Triebköpfe auf die Separatoren übertragen. Die von den Separatoren mitgenommenen Platten führen komplexe Bewegungen zwischen den Mahlwerken aus, was eine gleichmäßige Bearbeitung und Abnutzung der Mahlwerke gewährleistet.

Für das doppelseitige Schleifen werden Wasser- und Glycerinsuspensionen von Mikropulvern aus grünem Siliciumcarbid oder weißem Elektrokorund mit einer Körnung von M14 bis M5 verwendet.

Diese Methode ist produktiver, bietet eine hochpräzise Oberflächenbehandlung und erfordert kein Verkleben der Platte.

4. Anfasen. Fasen von den Seitenflächen der Platten können entfernt werden abrasive Bearbeitung oder durch chemisches Ätzen von Rohlingen, die in einer speziellen Kassette montiert sind. Am häufigsten werden Fasen durch Schleifen mit einer Profildiamantscheibe auf einer speziellen Maschine entfernt.

5. Polierplatten. Das Polieren sichert die Minimierung der Mikrorauheit der Oberfläche der Platten und die geringste Dicke der beschädigten Schicht Es wird auf weichen Polierpads (mit Wildleder, Filz, Cambric, Velours bedeckte Kreise) mit Diamantpaste, Suspension durchgeführt.

Das Polieren erfolgt in mehreren Stufen, wobei die Korngröße und Härte des Schleifmittels allmählich reduziert werden, und in der letzten Stufe wird die abrasive Wirkung auf das zu bearbeitende Material vollständig beseitigt. Die letzte Stufe der nicht abrasiven Belichtung ermöglicht es Ihnen, die mechanisch gestörte Schicht vollständig von der Plattenoberfläche zu entfernen.

Es gibt mehrere Poliermethoden:

· Mechanisches (Vor- und Zwischen-) Polieren. Sie wird mit Diamantsuspensionen und -pasten mit einer Korngröße von 3 bis 1 Mikrometer durchgeführt. Das mechanische Polieren unterscheidet sich im Wesentlichen nicht vom Schleifen, der Unterschied liegt lediglich in den verwendeten Schleifmitteln, deren Korngröße, dem Polierscheibenmaterial und der Bearbeitungsart. Wenn Diamantsuspensionen und -pasten zum Polieren verwendet werden, bildet sich auf der Oberfläche der Platten ein dünnes Netzwerk von Kratzern („Diamanthintergrund“), das unter Einwirkung scharfer Schneidkanten von Diamantkörnern entsteht. Um den „Diamanthintergrund“ zu entfernen und die Oberflächenrauhigkeit zu verringern, wird manchmal mit weicheren Schleifmaterialien mechanisch poliert.

Das feinmechanische Polieren wird mit weichen Polierzusammensetzungen auf Basis von Oxiden von Aluminium, Silizium, Chrom, Zirkonium und anderen Korngrößen unter 1 Mikron unter Verwendung von Polierkissen aus Flormaterialien durchgeführt, in denen Submikron-Pulverkörner einsinken können. Dies reduziert die Angriffsfläche der Körner und verbessert die Oberflächenbeschaffenheit der Platten.

· Chemisch-mechanisches Polieren. Es unterscheidet sich dadurch, dass die Oberfläche zusätzlich zur üblichen Schleifwirkung einem chemischen Angriff ausgesetzt ist. Polierzusammensetzungen - Suspensionen, Sole, Gele aus Submikronpulvern von Siliziumoxiden (Aerosil), Zirkonium, Aluminium - werden auf Alkalibasis hergestellt.

Wir wählen das mechanische Polieren, das mit einer Diamantsuspension aus ACM3-Pulver einseitig durchgeführt wird, die Drehzahl des Polierpads beträgt nicht mehr als 30 ... 40 U / min. Bei der Umstellung auf ACM1-Pulver reduzieren wir die Drehzahl des Polierpads und erhöhen die Belastung der Platte. Nach dem Polieren muss die Platte gründlich in Seifenlösungen gewaschen werden.

6. Körperliche Reinigung. Für nachfolgende Operationen ist die Sauberkeit der Oberfläche sehr wichtig. Daher vor dem Start, sowie wiederholt während des technologischen Zyklus, Reinigung, Entfernen von Fremdstoffen durch Waschen, Auflösen etc. Wafer- und Substrat-Reinigungsprozesse sind darauf ausgelegt, Verunreinigungen auf ein für eine saubere Oberfläche geeignetes Niveau zu entfernen. Am wichtigsten ist die Oberflächenreinigung nach der mechanischen Behandlung, vor thermischen Prozessen, vor dem Auftragen verschiedener Arten von Beschichtungen, Filmen, Schichten. Bei der Reinigung müssen zunächst molekulare organische und chemisch verbundene Verunreinigungen mit der Oberfläche entfernt werden, dann restliche ionische und atomare. Bei der physikalischen Flüssigkeitsreinigung erfolgt die Desorption von Verunreinigungen, die von der Oberfläche adsorbiert werden, ohne ihre Zusammensetzung zu verändern, d.h. ohne chemische Reaktionen, durch einfaches Auflösen. Da die Rückverunreinigung der Oberfläche durch die zu reinigende Flüssigkeit möglich ist, muss das Prinzip ihrer kontinuierlichen Erneuerung (Auffrischung) eingehalten werden.

Entfetten (Waschen) in organischen Lösungsmitteln (Toluol, Tetrachlorkohlenstoff, Dichlorethan, Alkohole: Ethyl, Methyl, Isopropyl usw.) wird verwendet, um von der Oberfläche von Platten (Substraten) Fette tierischen und pflanzlichen Ursprungs, Mineralöle, Schmiermittel, Wachs, Paraffin und zu entfernen andere organische und mechanische Verbindungen.

Tauchentfettung werden in speziellen hermetischen Anlagen mit zwei bis vier zu einem Block verschweißten Bädern mit steigendem Flüssigkeitsspiegel durchgeführt. Kontrollierte Parameter des Entfettungsprozesses für eine bestimmte Anzahl von Platten und einen bestimmten Anteil eines bestimmten Lösungsmittels und einer bestimmten Verarbeitungszeit.

Lösungsmitteldampfentfettung zur Entfernung schwerlöslicher Verunreinigungen mit hohem Schmelzpunkt. Verwendet für paarweise Verarbeitung Isopropylalkohol, Freone, chlorierte Kohlenwasserstoffe. Die Nachteile dieses Verfahrens: die Notwendigkeit einer Vorreinigung von Lösungsmitteln; die Notwendigkeit, abgedichtete Arbeitskammern von Anlagen zu schaffen; hoher Lösemittelverbrauch.

Ultraschallentfettung werden in speziellen Bädern durchgeführt, deren Boden und Wände mit Ultraschallfrequenz schwingen. Diese Methode sorgen für eine viel höhere Produktivität und verbessern die Qualität nicht nur beim Entfetten, sondern auch bei anderen Flüssigkeitsverarbeitungsvorgängen.

7. Waschen mit Wasser Wird verwendet, um polare Lösungsmittel nach dem Entfetten von Rückständen von Ätzmitteln, Flussmitteln, Säuren, Laugen, Salzen und anderen Verbindungen zu reinigen. Wie auch in organischen Lösungsmitteln geht beim Waschen in Wasser das Lösen von Verunreinigungen oder das mechanische Abwaschen von Staubpartikeln und anderen Partikeln einher. Das Waschen erfolgt in entionisiertem Wasser, das auf 50 ... 60 ° C erhitzt wird.

8. Chemische Reinigung. Bei dieser Art der Behandlung werden Verunreinigungen oder die Oberflächenschicht des zu reinigenden Objekts durch chemische Reaktionen zerstört.

Liefert gute Ergebnisse Fetthenne-Silizium in Lösung "Karo" . Diese Methode soll in diesem Kursprojekt angewendet werden - Reinigen mit einer Caro-Mischung, gefolgt von einer „weicheren“

Reinigung in Peroxid-Ammoniak-Lösung. Die klassische Zusammensetzung der Caro-Mischung zur chemischen Reinigung der Oberfläche aus Silizium und Siliziumoxid, das Volumenverhältnis der Komponenten liegt innerhalb

H 2 SO 4: H 2 O 2 \u003d 3: 1

Die chemische Reinigung in dieser Mischung erfolgt bei T = 90 -150 o C. Mit der Caro-Mischung können Sie die Oberfläche des Halbleiterwafers von organischen Verunreinigungen und teilweise von ionischen und atomaren Verunreinigungen reinigen. Carosäure ist in sauren Umgebungen stabil und ein sehr starkes Oxidationsmittel. Diese Mischung ist in der Lage, die Oberfläche des Siliziumwafers von nichtmetallischen Verunreinigungen zu reinigen.

9. Epitaxie. Epitaxie ist der Prozess des Aufwachsens von Einkristallschichten auf Einkristallsubstraten. Einkristalline Substrate im Prozess des epitaktischen Wachstums spielen die orientierende Rolle eines Bildschirmschoners, auf dem Kristallisation stattfindet. Das Hauptmerkmal besteht darin, dass Schichten und lokale Bereiche des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps oder mit einer von der Halbleiterscheibe verschiedenen Fremdstoffkonzentration oberhalb der ursprünglichen Oberfläche neu gebildet werden. Während des Wachstums werden die Epitaxieschichten dotiert; Donor- oder Akzeptorverunreinigungen werden in sie eingeführt. Ein Merkmal ist auch, dass es möglich wird, hochohmige Halbleiterschichten auf niederohmigen Platten zu erhalten.

Bei der Flüssigphasenepitaxie werden die Atome der aufwachsenden Schicht aus der Schmelze oder Lösung, aus der die entsprechende Schicht aufgewachsen werden muss, auf dem Substrat abgeschieden. Die zweite Art der Epitaxie – aus der Dampf-Gas-Phase – die in dieser Technologie verwendet wird, basiert auf der Wechselwirkung von Gas mit der Platte. Wichtige Prozessparameter sind hier die Temperatur des Gasstroms und der Platte. Sie können Siliziumtetrachlorid SiCl 4 oder Silan SiH 4 verwenden.

Chlorid-Methode basierend auf der Verwendung der chemischen Wechselwirkung von Siliziumtetrachloriddampf mit reinem Wasserstoff bei T = 1200 o C:

SiCl 4 (Gas) + 2H 2 (Gas) \u003d Si (TV) + 4HCl (Gas)

Die Wachstumsrate der Epitaxieschicht kann entweder durch Massentransferprozesse begrenzt werden, d.h. die Anzahl der Reagenzmoleküle, die der Oberfläche der Substrate zugeführt werden, oder die Produkte chemischer Reaktionen, die durch Diffusion aus dem Substrat entfernt werden, oder die Geschwindigkeiten chemischer Reaktionen. Der Hauptnachteil sind die hohen Prozesstemperaturen, die zur Diffusion von Verunreinigungen aus den Platten in die wachsende Schicht sowie zur Selbstlegierung führen. Außerdem erfordert die Reversibilität der Tetrachlorid-Reduktionsreaktion eine hohe Genauigkeit beim Aufrechterhalten des Schichtabscheidungsmodus.

Silan-Methode basierend auf der Verwendung einer irreversiblen Reaktion

thermische Zersetzung von Silan:

SiH 4 ------------->Siv+2H 2 ^

Die Anlage zum Aufwachsen von Epitaxieschichten nach dem Silanverfahren ist ähnlich aufgebaut wie die Anlage nach dem Chloridverfahren und zur sicheren Arbeit mit Monosilan mit einem System zum Abpumpen von Luft und Feuchtigkeitsspuren ausgestattet. Perfekte Einkristallschichten werden bei Zersetzungstemperaturen von Monosilan von 1000 ... 1050 ° C erhalten, was 200 ... 150 ° C niedriger ist als bei der Reduktion von Siliciumtetrachlorid. Dies reduziert unerwünschte Diffusion und Selbstdotierung, wodurch es möglich wird, epitaktische Strukturen mit schärferen Übergangsgrenzen herzustellen. Die Schichtwachstumsrate ist höher als bei der Siliziumtetrachlorid-Reduktion.

Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass Monosilan selbstentzündlich und explosiv ist, was besondere Vorsichtsmaßnahmen erfordert. Toxizität von Silanen.

In diesem Kursprojekt verwenden wir SiCl 4 . da Mit diesem Gas ist es möglich, einkristalline Siliziumschichten aufzuwachsen, die die kristalline Orientierung des Siliziumsubstrats ohne Oberflächenstörungen beibehalten.

Der epitaktische Wachstumsprozess findet in einem Epitaxiereaktor statt.

10. Oxidation. Oxidation kann auf verschiedene Weise durchgeführt werden, wie etwa anodische Oxidation, kathodische Abscheidung einer Oxidschicht oder thermische Oxidation von Silizium. Thermische Oxidation sowie andere Hochtemperaturprozesse stellen strenge Anforderungen an anfängliche Siliziumbarren (der Gehalt an Sauerstoff und Kohlenstoff in ihnen ist unerwünscht) und an die Qualität der Waferherstellungs- und -reinigungsprozesse. Die Siliziumoxidation wird begleitet von: Diffusion von Sauerstoff unter einer Siliziumdioxidschicht; Anreicherung der 1 ... 2 μm dicken Randschicht mit Sauerstoff oberhalb der Löslichkeitsgrenze aufgrund des Spannungszustandes des Siliziumgitters; die Wechselwirkung von Sauerstoff mit Defekten in der ursprünglichen Platte und die Erzeugung zusätzlicher Versetzungen und Stapelfehler. Auf Defekten sammeln sich schnell Verunreinigungen aus diffundierenden Metallen wie Natrium, Kupfer, Eisen usw. Da IC-Elemente in dieser dünnen Schicht gebildet werden, führt dies alles zu einer Verschlechterung ihrer elektrischen Parameter. Durch Tempern von Siliziumwafern in Stickstoffatmosphäre bei 1000 ... 1100 °C wird die Sauerstoffkonzentration in der Silizium-Oberflächenschicht reduziert. Die Suche nach Möglichkeiten zur Verbesserung des Prozesses der thermischen Oxidation führte zum Auftreten von Modifikationen des Verfahrens der thermischen Oxidation von Silizium.

Die Abscheidung von SiO2-Schichten auf Siliziumwafern durch thermische Oxidation von Silizium bei Atmosphärendruck in horizontalen zylindrischen Quarzreaktoren ist die gebräuchlichste Methode. Die Oxidationstemperatur liegt im Bereich von 800 bis 1200 °C und wird mit einer Genauigkeit von ± 1 °C eingehalten, um eine gleichmäßige Schichtdicke zu gewährleisten. Wir führen eine kombinierte Oxidation wie in trockenem Sauerstoff durch, weil in diesem Fall werden qualitativ hochwertige SiO 2 -Schichten erhalten, obwohl die Oxidationsgeschwindigkeit unter diesen Bedingungen und in feuchtem Sauerstoff gering ist (alles ist genau umgekehrt).

Hauptreaktionen:

1. Trockenoxidation in einer Atmosphäre aus reinem Sauerstoff:

Si (tv) > SiO 2 (tv)

2. Nassoxidation in einem Gemisch aus Sauerstoff und Wasserdampf:

Si (tv) + 2 H 2 O > SiO 2 (tv) + H 2

Die Oxidationsgeschwindigkeit wird durch die langsamste Stufe der Diffusionsdurchdringung des Oxidationsmittels durch den wachsenden Film zur SiO 2 >Si-Grenzfläche bestimmt. Diffusionskoeffizienten sind stark temperaturabhängig. Bei niedrigen Temperaturen sind die Diffusionskoeffizienten und folglich die Filmwachstumsrate gering. Die Wachstumsrate kann entweder durch Erhöhen des Drucks in der Reaktionskammer des Aufbaus oder durch Erhöhen der Prozesstemperatur erhöht werden.

11. Photolithographie. Das Wesentliche des Photolithographieprozesses ist wie folgt. Lichtempfindliche Fotolacke werden auf der Substratoberfläche abgeschieden und einer Strahlung (Belichtung) ausgesetzt. Die Verwendung einer speziellen Glasmaske mit transparenten und opaken Feldern (Fotomaske) führt zu einer lokalen Beeinflussung des Fotolacks und damit zu einer lokalen Veränderung seiner Eigenschaften. Durch anschließendes Einwirken bestimmter Chemikalien werden einzelne Abschnitte der Fotolackschicht, je nach Art des Fotolacks (Entwicklung), beleuchtete und unbeleuchtete, vom Substrat abgelöst. Somit wird aus dem Photoresistfilm eine Schutzmaske mit einem Muster erzeugt, das das Muster der Photomaske wiederholt.

Je nach Mechanismus der unter Strahlungseinwirkung ablaufenden photochemischen Prozesse kann die Löslichkeit der belichteten Bereiche entweder zunehmen oder abnehmen. Dementsprechend ist der Photoresist entweder positiv oder negativ. Ein positiver Photoresistfilm wird unter Strahlungseinwirkung instabil und löst sich während der Entwicklung auf, ein negativer Photoresistfilm hingegen wird unter Strahlungseinwirkung unlöslich, unbelichtete Bereiche lösen sich während der Entwicklung auf.

Die Eigenschaften von Fotolacken werden durch eine Reihe von Parametern bestimmt:

Empfindlichkeit gegenüber Strahlung

Es gibt wiederum einige Empfindlichkeitskriterien: hohe Schutzeigenschaften lokaler Gebiete.

Das Auflösungsvermögen des Fotolacks.

Säurebeständigkeit (Beständigkeit von Photoresists gegen aggressive Ätzmittel)

Der technologische Prozess der Fotolithografie wird in der folgenden Reihenfolge durchgeführt:

1. Reinigen der Oberfläche des Substrats;

2. Aufbringen von Photoresist (FP-330) und dessen Verteilung über die gesamte Oberfläche durch Zentrifugation;

3. Trocknen des Photoresists (15 min bei T = 20°C).

4. Kombination der Fotomaske mit dem Substrat:

5. Belichtung – Belichtung durch eine Fotomaske mit UV-Strahlen, t = 1h2s;

6. Entwicklung: Chemische Behandlung in Spezialentwicklern;

7. Aushärtung zur Endpolymerisation des restlichen Photoresists: Wärmebehandlung bei T = 120 o C, t = 20 min;

8. Ätzen von Siliziumoxid wässrige Lösung Flusssäure, es ist besser, Pufferzusätze von Flusssäuresalzen zu verwenden;

9. Die Entfernung des Photoresists wird in alkalischen Umgebungen durchgeführt.

10. Spülen Sie den Siliziumwafer in deionisiertem Wasser mit Ultraschall und trocknen Sie ihn bei T = 120°C.

Zur Herstellung von Fotomasken werden hauptsächlich zwei Verfahren verwendet. Das erste Verfahren basiert auf einer Kombination aus optischen und feinmechanischen Verfahren. Das Wesen der Methode besteht im maschinellen Zerschneiden der Urvorlage (200…500-fach vergrößerte Zeichnung), in der anschließenden fotografischen Verkleinerung der Zeichnung und ihrer Vervielfältigung. Bei der zweiten Methode – Photonobor – wird das gesamte topologische Muster in Rechtecke mit verschiedenen Flächen und mit unterschiedlichen Seitenverhältnissen unterteilt, abhängig von der Form seiner Bestandteile. Diese Rechtecke werden durch sukzessiven Fotodruck auf eine Fotoplatte aufgebracht, wo schließlich eine Foto-Zwischenmaske mit zehnfacher Vergrößerung des Musters gegenüber dem angegebenen entsteht.

In diesem Kursprojekt verwenden wir einen positiven Fotolack, d.h. Licht zerstört Polymerketten: Beleuchtete Bereiche lösen sich auf. Positive Fotolacke liefern schärfere Grenzen von aufgelösten (entwickelten) Bereichen als negative, d. h. haben eine erhöhte Auflösung, haben aber eine geringere Empfindlichkeit und erfordern eine längere Belichtungszeit. Die Fotomaske ist eine Glasplatte, auf deren einer Seite ein dünner undurchsichtiger Cr-Film abgeschieden wird. Es müssen einige Tropfen Fotolacklösung aufgetragen werden

auf die oxidierte Oberfläche eines Siliziumwafers aufgetragen und dann mit einer Zentrifuge mit einer dünnen (ca. 1 μm) Schicht verteilt und getrocknet.

Es gibt die Kontaktfotolithografie, bei der die Fotomaske fest und berührungslos auf der Oberfläche des Substrats mit dem aufgebrachten Fotolack befestigt wird.

Die berührungslose Mikrospalt-Photolithographie basiert auf der Nutzung der Wirkung einer doppelten oder mehrfachen Strahlungsquelle. UV-Strahlen werden im gleichen Winkel auf die Fotomaske aufgebracht, wodurch Beugungsphänomene minimiert und die Genauigkeit der Musterübertragung erhöht wird. Der Nachteil ist die sehr aufwendige Ausstattung. Die Projektionsfotolithografie basiert auf einem vereinfachten Ausrichtungsprozess, wie z Mit Hilfe spezieller Linsen wird das Bild der Fotomaske auf die Platte projiziert.

Die Entfernung von Photoresist erfolgt üblicherweise in alkalischen Formulierungen (NaOH).

12. Legieren. legieren - Einbringen von Verunreinigungen in die Platte oder den epitaxialen Film. Bei einer hohen Temperatur (etwa 1000 o C) treten Fremdatome durch die Oberfläche ein und breiten sich aufgrund thermischer Bewegung nach innen aus. Es gibt drei Arten der Halbleiterdotierung:

1. Diffusionsdotierung - nach Verbrauch berühmtes Phänomen Diffusion, d.h. gerichtete Bewegung von Partikeln eines Stoffes in Richtung abnehmender Konzentration. Treibende Kraft ist der Konzentrationsgradient von Atomen oder Molekülen eines Stoffes. Während der Diffusion werden gleichrichtende oder konzentrierende Kontakte in der ursprünglichen Platte erhalten, die ihre Eigenschaften durch Dotierung bis zur erforderlichen Tiefe ändern. Diffusionsschichten haben Dicken von Hundertstel Mikrometern. Eine Besonderheit ist die ungleichmäßige Verteilung der Verunreinigungskonzentration über die Tiefe: Die Konzentration ist nahe der Oberfläche maximal und nimmt tief in der Schicht ab. Die Konzentration und Verteilung der Verunreinigung wird weitgehend durch die Eigenschaften der Verunreinigung, des legierten Materials und der Quelle der Verunreinigung bestimmt.

2. Ionendotierung - durch ionisierte Fremdatome durchgeführt, deren Energie ausreicht, um in einen Halbleiter einzudringen. Tempern ist auch erforderlich, um Strahlungsschäden an der Halbleiterstruktur zu beseitigen und Donator- und Akzeptor-Verunreinigungen elektrisch zu aktivieren. Das Hauptmerkmal ist die Möglichkeit, eine bestimmte Verunreinigungskonzentration in einer bestimmten Tiefe auf nahezu jeder Plattenfläche reproduzierbar zu erhalten. Dies liegt daran, dass der Ionenstrahlstrom sehr genau eingestellt werden kann. Verunreinigungsverteilungen können leicht über einen weiten Bereich gesteuert werden, indem die Strahlungsdosis, die Energie und der Einfallswinkel von Ionen geändert werden. Fremdionen werden in speziellen Quellen gewonnen, beschleunigt und in einem elektrischen Feld fokussiert. Der Ionenstrahl bombardiert das Substrat. Fremdionen werden in das Kristallgitter eingebracht. Die Eigenschaften ionendotierter Schichten sind besser reproduzierbar als bei Diffusion.

3. Strahlungsstimulierte Diffusion - basierend auf der Einführung von Verunreinigungen als Ergebnis des Beschusses des Kristalls durch leichte Ionen mit einer Energie, die ausreicht, um die Atome des Substrats zu verschieben. Die Bestrahlung erfolgt während der Wärmebehandlung (t = 600-700 o C) oder unmittelbar davor.

Für dieses Kursprojekt wird hochthermische Diffusion verwendet, weil Der Nachteil der Ionenimplantation ist die Verletzung der Struktur der Oberflächenschicht und die Zunahme von Defekten sowie die Komplexität der technologischen Ausrüstung. Die Diffusion erfolgt nach dem traditionellen Open-Pipe-Verfahren aus gasförmigen Quellen (BBr 3 , PH 3 ) und festen Quellen (Antimonoxid).

13. Metallisierung. Alle derzeit verwendeten Metallisierungssysteme lassen sich in folgende Typen einteilen: Single-Layer, Multi-Layer, Multi-Level, Bulk (Bulk Leads).

· Einlagige Aluminiumplattierung wird hauptsächlich in ICs mit niedrigem Integrationsgrad und geringem Stromverbrauch verwendet, die mit Frequenzen bis zu 1 GHz arbeiten und nicht für hohe Zuverlässigkeitsanforderungen ausgelegt sind.

· Multilayer-Metallisierung erfüllt teilweise die Anforderungen besser, ist aber technologisch weniger ausgereift, tk. enthält mehr als eine Metallschicht. Besteht normalerweise aus mehreren Schichten: Kontaktschicht - die erste in der Reihenfolge der Aufbringung auf einen Siliziumfilm (Wolfram, Molybdän, Chrom, Nickel, Aluminium, Titan, Palladium, hochschmelzende Metallsilizide); Trennschicht - verwendet in Fällen, in denen es schwierig ist, passende Materialien für die Kontakt- und Leitwörter zu finden; leitende Schicht - Die letzte Metallisierungsschicht in der Reihenfolge des Auftragens muss eine gute elektrische Leitfähigkeit aufweisen und eine qualitativ hochwertige und zuverlässige Verbindung der Kontaktflächen mit den Anschlüssen des Gehäuses gewährleisten (Kupfer, Aluminium, Gold).

· Multilevel-Metallisierung wird in großen und ultragroßen ICs verwendet. Eine Erhöhung der Anzahl der Elemente erhöht auch die Fläche der Verbindungen zwischen den Elementen, sodass sie auf mehreren Ebenen platziert werden.

In diesem Kursprojekt führen wir eine einlagige Aluminiummetallisierung durch.

14. Schreiben. Es ist notwendig, mit einem Diamantschneider zu ritzen. Dadurch entstehen relativ tiefe (bis 50...100 µm) und schmale (bis 25...40 µm) Rillen in der Platte. Der Vorteil dieses Anreißens ist Einfachheit und niedrige Kosten.

Das Brechen der Platten in Kristalle nach dem Ritzen muss mechanisch erfolgen, indem ein Biegemoment darauf ausgeübt wird. Dieser Vorgang wird auf einem kugelförmigen Träger durchgeführt.

Der Vorteil dieser Methode ist Einfachheit, hohe Produktivität (Brechen dauert nicht länger als 1 ... 1,5 min) und einstufig und auch genug hohe Qualität, da sich die Kristalle nicht relativ zueinander bewegen.

Vergrößerte Schemata technologischer Prozesse zur Herstellung von Halbleitern (monolithisch) sind unten angegeben.

Reis. ein.

Lassen Sie uns den technologischen Prozess zur Herstellung einer integrierten Schaltung eines Spannungsgenerators beschreiben.

In der Anfangsphase werden Siliziumbarren geformt und diese Barren werden von Diamantscheiben mit einer inneren Schneidkante in Platten geschnitten - Basiskristalle, auf denen später Mikroschaltkreiselemente gebildet werden. Die Oberfläche des Kristalls wird sorgfältig geschliffen, um Oberflächenschäden durch das Schneiden zu beseitigen. Produzieren Sie Polieren und verschiedene Materialien - Diamantsuspension, Pulvermaterialien. Dann wird eine Reinigung durchgeführt, um die Oberflächenschicht zu entfernen, in der mechanische Oberflächenspannungen vorhanden sind. Dazu wird HCl bei hoher Temperatur über die Oberfläche der Platte geleitet und der Kristall mit entionisiertem Wasser, Waschpulverlösungen, fließendem Wasser gewaschen und die Platte anschließend bis zur vollständigen Trocknung getrocknet.

Im nächsten Schritt wird die Kristalloberfläche oxidiert, um Siliziumdioxid mit einer bestimmten Dicke zu bilden.

Dies geschieht, damit beim Dotieren nicht der gesamte Kristall, sondern nur ein bestimmter Bereich dotiert wird.

Dementsprechend wird eine Fotolackschicht auf die Siliziumdioxidschicht aufgebracht und ein fotolithografischer Prozess wird durch Kontakt (oder auf andere Weise) ausgeführt. In diesem Fall wird eine Fotomaske verwendet (siehe Anhang). Die belichteten Bereiche werden entwickelt, gegerbt und eliminiert und so eine Siliziumdioxid-Stelle für eine nachfolgende Ätzung erhalten.

Die entstehenden Fenster werden geätzt, wodurch der Substratbereich für eine nachfolgende Dotierung und die Bildung einer versteckten n+-Schicht offen wird. Die Fotolackschicht wird entfernt. Die Silicaoberfläche wird sorgfältig gereinigt, unter fließendem deionisiertem Wasser gewaschen und durch Zentrifugation getrocknet. Somit wird das Substrat vollständig bereit für den Dotierungsvorgang.

Um eine hochlegierte Schicht vom n+-Typ zu erhalten, wird eine hochthermische Diffusion mit Antimon bis zur Grenze seiner Löslichkeit durchgeführt. Somit wird eine verborgene n+-Schicht gebildet. Antimon wird in der n+-Tasche destilliert.

Die Siliziumdioxidschicht wird in Flusssäure geätzt, eine offene Oberfläche des Substrats wird mit drei Bereichen der hochdotierten Schicht gebildet. Die Oberfläche des Substrats wird durch chemische Verfahren gründlich gereinigt und unter fließendem deionisiertem Wasser gewaschen. Nach diesen Operationen ist das Substrat für das epitaxiale Wachstum von n-Typ-Silizium bereit. So bekommen sie die sog. eine Kollektorschicht, die in den Strukturen aktiver Elemente vorhanden ist, und Widerstände mit einem mittleren Wert (5 kOhm, 10 kOhm) in derselben Schicht gebildet sind, diese Schicht ist auch in der Struktur des MIS-Kondensators vorhanden.

Als nächstes wird eine Trenndiffusion durchgeführt, um einige Elemente von anderen zu trennen. Dazu werden die zuvor beschriebenen Prozesse wiederholt: Abscheiden einer Schicht aus Siliziumdioxid, Abscheiden eines Fotolacks, Justieren mit einer Fotomaske (siehe Anhang), Belichten, Entwickeln, Entfernen beleuchteter Bereiche des Fotolacks, Ätzen des Siliziumdioxids Schicht im Fotolackfenster. Danach wird eine Trennungsdiffusion durchgeführt, indem Bor in eine Epitaxieschicht auf der Substratoberfläche dotiert wird.

Jedes Element bildete somit seine eigene Epitaxieschicht. Ferner wird Phosphor in die Epitaxieschicht eindiffundiert, um einen Basisbereich zu erzeugen. Dazu werden die zuvor beschriebenen Prozesse wiederholt: Abscheiden einer Schicht aus Siliziumdioxid, Abscheiden eines Fotolacks, Ausrichten mit einer Fotomaske, Belichten, Entwickeln, Entfernen beleuchteter Bereiche des Fotolacks, Ätzen der Siliziumdioxidschicht in den Fotolack Fenster. Anschließend wird mit Phosphor dotiert (siehe Anhang). Die Basisfläche dient als Basis für aktive Elemente und als Widerstandsschicht für Widerstände.

Als nächstes werden Bereiche erstellt, die als Emitterbereich für aktive Elemente verwendet werden, für Widerstände kann er fehlen. Davor wird eine Reihe von zuvor beschriebenen Prozessen durchgeführt: Abscheidung einer Schicht aus Siliziumdioxid, Abscheidung eines Fotolacks, Ausrichtung mit einer Fotomaske, Belichtung, Entwicklung, Entfernung beleuchteter Bereiche des Fotolacks, Ätzen der Siliziumdioxidschicht in der Photoresist-Fenster. Dann wird Antimon dotiert (siehe Anhang) und der Fotolack und die Siliziumdioxidschicht entfernt, gefolgt von einer gründlichen Reinigung der Oberfläche.

Danach ist der Kristall fertig zum Aufbringen einer äußeren Isolierung auf seine Oberfläche und zum Aufbringen von Aluminiumleitungen auf die Basis, den Kollektor-Imitator-Bereich des Kristalls. Dazu wird die Kristalloberfläche gründlich gereinigt und Siliziumnitrid abgeschieden. Dann wird der Fotolack aufgebracht, mit der Fotomaske kombiniert, belichtet, entwickelt, die beleuchteten Bereiche des Fotolacks entfernt, die Siliziumnitridschicht im Fotolackfenster geätzt und der Fotolack von der gesamten Siliziumnitridoberfläche entfernt.

Dann wird durch Kathodenzerstäubung eine Legierung aus Aluminium und Silizium auf die gesamte Oberfläche des Kristalls aufgebracht. Führen Sie als nächstes den Vorgang der Fotolithografie und des Ätzens von Aluminium durch. Somit erfolgt die elektrische Verbindung der Schaltungselemente gemäß dem elektrischen Schaltplan.

Die gesamte Oberfläche des Kristalls muss sorgfältig gereinigt und durch Zentrifugation getrocknet werden. Dann wird durch das Monosilan-Oxidationsverfahren eine Schicht aus Siliziumdioxid auf der Kristalloberfläche abgeschieden. In der Isolationsschicht werden Fenster hergestellt, um die stromführenden Bahnen der Mikroschaltung mit externen Zuleitungen zu verbinden.

Wir alle verwenden bis zu einem gewissen Grad Bank-, Sozial- und SIM-Karten, ganz zu schweigen von U-Bahn-Fahrkarten. All diese Dinge haben eines gemeinsam – die Grundlage ihrer Funktionsweise ist ein Mikrochip. Die Mikroelektronik ist eine der Hightech- und wissensintensivsten Branchen. Mehr als 90 % der Innovationen, die auf der Welt erscheinen, werden durch die Entwicklung der Mikroelektronik geschaffen.

Alle in Russland verwendeten Mikrochips werden an einem Ort hergestellt - im Werk Zelenograd "NIIME and Mikron", das Teil der Unternehmensgruppe SITRONICS Microelectronics ist.

Das Herzstück jeder Mikroschaltung oder jedes Chips ist Silizium.

Silizium wird zu einem Einkristall verarbeitet. Es wird in Platten mit einer Dicke von zwei Papierbögen und einem Durchmesser von 750 Mikron geschnitten. In dieser Form kauft es die Fabrik.

In der Produktion wird die Platte je nach weiterem Verwendungszweck bearbeitet (ca. 200–300 Arbeitsgänge) und in kleine Stücke gleicher Größe geschnitten. Auf einer Platte werden mehrere zehntausend Chips mit dreidimensionaler Struktur platziert.

Zunächst wird die Platte in ionisiertem Wasser von Staub gereinigt und mit speziellen Reagenzien behandelt. Dann wird es einer Wärmebehandlung unterzogen.

Platten mit Mikrochips werden in einem Smif-Container transportiert. Der Behälter schützt die Platten vor äußeren Einflüssen und Schmutz. Der SMIF-Container ist ein kleiner „sehr sauberer Raum“. Dort wurde eine Reinheitsklasse von tatsächlich 0,00 Einheiten pro Kubikmeter geschaffen.

Das Herzstück der mikroelektronischen Fertigung ist der Reinraum. Herstellungsprozess es läuft rund um die Uhr und hält auch nachts nicht an. Nahezu der gesamte Mikrochip-Herstellungsprozess ist automatisiert, wodurch der Personalbedarf reduziert wird.

Das wichtigste und grundlegendste Element in der Anlage ist die Sauberkeit. Für einen Mikrochip ist jedes Staubkorn dasselbe wie ein Kopfsteinpflaster für einen Menschen. Sie können nur in einem speziellen Anzug arbeiten, der mit Kohlenstofffäden durchbohrt ist und staubabweisende Eigenschaften hat. Mitarbeitern, die in einem Reinraum arbeiten, ist die Verwendung von Kosmetika untersagt. Die Menge an Mikropartikeln in der Luft wird durch ein vierstufiges Filtersystem kontrolliert.

In der Fabrik gibt es zwei technologische Prozesse zur Herstellung von Mikroschaltkreisen: 90 Nanometer und 180. Das bedeutet Mindestmaß Element auf einem Chip beträgt 90 Nanometer. Ein Nanometer entspricht einem Milliardstel Meter. Die 90-nm-Struktur ist schneller, energieeffizienter und zuverlässiger. Es wurde im Februar dieses Jahres mit Unterstützung von Rosnano gestartet. Die Last auf der 90-nm-Leitung beträgt immer noch nur 25 %, während die 180-nm-Leitung 80 % beträgt.

Mehr als 70 Unternehmen aus 17 Ländern der Welt beteiligten sich an dem Entwicklungsprojekt zur Herstellung von 90- und 180-Nanometer-Chips. Alle Geräte, alle Materialien werden aus dem Ausland in das Werk geliefert.

Unternehmen, die mit SITRONICS Microelectronics kooperieren

Zum Zeitpunkt des Starts der 90-nm-Produktion verfügten nur 7 Länder der Welt über eine ähnliche Technologie. Die Produktion von 65-, 43- und 32-nm-Strukturen ist in Europa jedoch bereits im Gange, während wir noch nur 90 haben. Aber das ist natürlich ein Durchbruch. Durch den Beginn der Produktion von Chips mit einem topologischen Niveau von 90 nm haben wir den Abstand zu den Weltmarktführern um 5 technologische Generationen verringert, was zehn gewöhnlichen Jahren entspricht. Seit 2013 plant SITRONICS Microelectronics, mit der Entwicklung heimischer Technologien auf 65-nm-Niveau zu beginnen.

Die Produktion ist wirklich wichtig für Russland und eine der wenigen, wo wir mit westlichen Herstellern auf dem heimischen Markt konkurrieren können. Wie die Mitarbeiter des Werks jedoch zugeben, ist der Prozess der Entwicklung neuer Technologien stark abhängig von staatliche Unterstützung also bleibt das beste zu hoffen und abzuwarten.

TECHNOLOGIE DER HERSTELLUNG VON INTEGRIERTEN MIKROSCHALTUNGEN

Eine integrierte Schaltung (IC) ist eine elektronische Vorrichtung mit einer hohen Packungsdichte von elektrischen Schaltungselementen, bei der alle oder ein Teil der Elemente auf einem einzigen Halbleiterchip oder dielektrischen Substrat ausgebildet und elektrisch miteinander verbunden sind.

IS ist ein Mehrkomponentenkörper aus Schichtaufbauten an der Oberfläche oder in der oberflächennahen Schicht Festkörper(Halbleiter). Seine Eigenschaften werden durch die Eigenschaften dünner Schichten verschiedener Materialien bestimmt, die wiederum weitgehend von den Bedingungen ihrer Bildung, der Reihenfolge und Art der technologischen Vorgänge abhängen.

Fragen der Entwicklung und Produktion integrierter Schaltungen werden in einem neuen Wissenschafts- und Technologiezweig betrachtet - der Mikroelektronik, die die technologischen und physikalischen Konstruktionsmerkmale von elektrischen und Funkelementen mit Abmessungen von nicht mehr als 1 Mikrometer in mindestens einer Koordinate untersucht.

Die meisten wichtiger Punkt Bei der Erstellung von Mikroschaltkreisen handelt es sich um die Entwicklung von miteinander kompatiblen Elementen und Materialien mit stabilen und reproduzierbaren Eigenschaften dünner Schichten sowie um die Abfolge technologischer Vorgänge zur Bildung einer Mehrschichtstruktur, bei der nachfolgende Vorgänge die nicht nachteilig beeinflussen Eigenschaften zuvor gebildeter Schichten.

Je nach Methode zur Erstellung von Filmzusammensetzungen werden Mikroschaltkreise in zwei Klassen eingeteilt - integrierte Hybridschaltkreise (GIS) und integrierte Halbleiterschaltkreise (IC).

Eine hybride integrierte Schaltung ist ein elektronisches Mikrominiaturgerät, dessen Elemente strukturell, technologisch und elektrisch untrennbar auf der Oberfläche eines dielektrischen (Glas, Keramik) Substrats verbunden sind. In der GIS-Technologie werden passive Elemente (Widerstände, Leiter, Pads, Kondensatoren, dielektrische und isolierende Schichten) in einem technologischen Zyklus in Form von Metall- und dielektrischen Schichten auf der Substratoberfläche hergestellt. Aktive Bauelemente (Dioden, Transistoren) und ggf. auch mikrominiaturisierte diskrete passive Bauelemente (Kondensatoren, Induktivitäten etc.) werden auf der Substratoberfläche aufgebracht und mit anderen Elementen verbunden.

Abhängig vom technologischen Prozess der Bildung von passiven Elementen, Hybridschaltungen

Sie werden in Dünnfilm und Dickfilm unterteilt.

Rennfolientechnik - sequentielle Abscheidung von dünnen (weniger als 1-2 Mikron) Filmleitern, Kontakten, Widerständen, Isolatoren auf einer gemeinsamen Basis durch Verstärkung der Mikrogeometrie von Elementen und ihren Verbindungen (topologisches Muster) oder im Prozess der Abscheidung unter Verwendung von Schablonen (Masken), wie z sowie die Verwendung von explizitem lokalem Ätzen von festen Materialschichten.

Die Abfolge der technologischen Vorgänge bei der Herstellung von Dünnschicht-GIS nach zwei Optionen ist in Abb. 19.1.

Dickschichttechnologie- sequentielles Auftragen von resistiven, leitfähigen und dielektrischen Pasten durch Maschenschablonen und Einbrennen in Keramiksubstrate.

Leit- und Widerstandspasten sind eine Mischung aus feinem Metallpulver, Glas, das als dauerhaftes Bindemittel fungiert, und organischen Flüssigkeiten, die die Viskosität der Mischung liefern. Das Metall sorgt für die Bildung von Leiterbahnen (Silber, Gold, Platin, Palladium und deren Legierungen) oder Widerstandsbahnen (Edelmetalle und ihre Verbindungen mit Oxiden).

Pasten für Isolierschichten sind eine Mischung aus Glas und organischen Flüssigkeiten.

Mesh-Schablonen haben eine sehr kleine Zellgröße (ca. 50 µm). Entsprechend der geforderten Topologie der Schaltung werden die Näpfchen in einigen Bereichen der Schablone mit Emulsion, Pigmentpapier oder Fotolack gefüllt, die das Substrat vor dem Eindringen von Paste in diese Bereiche schützen. Der Auftrag der Paste erfolgt durch eine sich bewegende Rakel. Zunächst wird eine leitfähige Paste aufgetragen, um Verbindungspulver, Kondensatorplatten und Kontaktpads herzustellen. Die Paste wird getrocknet und dann bei einer Temperatur von 750-950 °C gebrannt. Dann wird eine Widerstandspaste durch eine andere Schablone aufgetragen, die bei einer niedrigeren Temperatur gebrannt wird.In ähnlicher Weise wird eine dielektrische Paste aufgetragen und gebrannt,um eine dielektrische Schicht in Dickschichtkondensatoren und an den Schnittpunktenvon Leitern zu bilden.

Nachdem die Topologie gebildet ist, ist die Abfolge anderer technologischer Operationen ähnlich den Prozessen zur Herstellung von Dünnschichtschaltungen.

Integrierte Halbleiter-(Festkörper-)Schaltungen werden durch gezielte lokale Änderungen der Eigenschaften des Materials eines mit einer Verunreinigung dotierten Halbleitersubstrats hergestellt.

Durch das Hinzufügen von Verunreinigungen an genau definierten Stellen und Mengen lassen sich die Leitfähigkeitseigenschaften im Substratmaterial von Silizium- und Germanium-Halbleitern in einem sehr weiten Bereich verändern – praktisch vom Leiter zum Isolator. Diese Eigenschaft wird verwendet, um sowohl aktive als auch passive Elemente in Kristallen zu erhalten. Die Veränderung der Eigenschaften tritt nur in einer kleinen Schicht des Kristalls auf, gleich mehreren Mikrometern und genannt Kreis-Übergang, bei dem zwei Bänder mit unterschiedlicher Leitfähigkeit - Loch und Elektron - verschmelzen. Lassen Sie uns darauf im Detail eingehen.

Die chemischen Elemente Silizium und Germanium haben vier Elektronen auf der äußeren Elektronenhülle, dh ihre Wertigkeit ist vier. Es ist bekannt, dass ein Atom einen stabileren Zustand hat, wenn es acht Elektronen in seiner äußeren Hülle hat. Bei niedrigen Temperaturen in Halbleiterkristallen sind alle Elektronen an Atome gebunden (es gibt keine beweglichen Elektronen), und der Kristall ist ein Isolator.

Mit steigender Temperatur eines Halbleiters lösen sich einzelne Elektronen von Atomen, werden beweglich und können entstehen elektrischer Strom in einem Kristall, wenn eine Spannung daran angelegt wird. Wenn ein Elektron aus einem Atom entfernt wird, entsteht ein Loch in der Hülle des Atoms. Die freien Elektronen des Lochs bewegen sich zufällig um den Kristall herum.

Wenn ein solcher Kristall in einen Stromkreis eingebaut wird, beobachtet man eine geordnete Bewegung der Elektronen vom Minuspol zum Pluspol. Wenn ein freies Elektron mit einem Loch kollidiert, rekombinieren sie und ihre Bewegung stoppt. Diese Leitung wird genannt eigene Leitfähigkeit Halbleiter.

Wenn eine kleine Menge von beispielsweise Aluminium in einen Silizium- oder Germaniumkristall eingebracht wird, dann ist die Leitfähigkeit des damit dotierten Kristalls hauptsächlich Loch. Ein solcher Kristall wird als Halbleiter vom p-Typ bezeichnet.

Wenn wir beispielsweise Arsen in Silizium und Germanium einbringen, erhalten wir einen Halbleiter mit elektronischer Leitfähigkeit, der als Halbleiter bezeichnet wird R-Typ.

In einem Halbleiterkristall können durch lokale Dotierung gleichzeitig zwei Zonen erzeugt werden: p-Typ und n-Typ. Die Grenze zwischen ihnen heißt r-p-Übergang, der als Diode wirken kann.

Erstellen einer Vielzahl von Kombinationen p-n-Übergänge werden von Elementen - Dioden, Transistoren, Widerständen usw. - empfangen. Kombinationen einer beliebigen Anzahl von Elementen bilden die gewünschte Schaltung, und da sie alle Komponenten eines Kristalls aus Halbleitermaterial sind, wird eine vollständig monolithische Festkörperstruktur erhalten.

Die grundlegende Technologie zum Erstellen von Halbleiter-ICs ist Epitaxie-Planar-Technologie, entlang dem die Oberfläche des Halbleiter-Einkristallwafers zuerst oxidiert wird. Anschließend wird die Oxidschicht lokal geätzt und der Halbleiter durch die darin geöffneten Fenster dotiert. Dotierstoffe diffundieren bei hoher Temperatur aus der Gasphase in das Substrat. Die anschließende Oxidation schließt die Fenster wieder. Durch Wiederholen der technologischen Vorgänge der Oxidation, des selektiven Ätzens und der Diffusion verschiedener Verunreinigungen ist es möglich, verschiedene Schaltungselemente zu realisieren: Dioden, Transistoren, Widerstände und Kapazitäten. Kapazitive Elemente sind jedoch aufgrund ihrer großes Gebiet und die hohen Kosten für technologische Operationen in IS werden praktisch nicht genutzt. Auf einer einkristallinen Halbleiterplatte mit einem Durchmesser von etwa 100 mm werden gleichzeitig bis zu mehreren tausend ICs gebildet.

Die nachfolgenden Operationen des technologischen Prozesses sind: Erhalten von Metallleitern, die die Elemente der Schaltung und Pads verbinden, durch Vakuumabscheidung oder Fotolithografie, Zurückweisen von Platten gemäß den Parametern einzelner ICs, Schneiden des Wafers in einzelne ICs, Montieren des ICs im Gehäuse, Verbinden der Kontaktpads mit den Gehäuseleitern, Versiegeln.

Die Wahl der Entwurfs- und Herstellungstechnologie integrierter Schaltungen wird durch technische und wirtschaftliche Erwägungen bestimmt. Dick- und Dünnschichttechnologien zeichnen sich durch breite Möglichkeiten zur Umsetzung von Schemata in Bezug auf die Elementgenauigkeit aus. Außerdem zeichnen sie sich durch relativ geringe Vorfertigungskosten aus. Auf ihrer Basis ist es möglich, eine Vielzahl von Kleinserienschemata (Spezial-GIS) zu erstellen.

Der überwiegende Einsatz der Dünnschichttechnik bei der Herstellung von Präzisionsschaltungen erklärt sich aus der Möglichkeit, eine höhere Auflösung, Genauigkeit und Stabilität von Schaltungselementen zu erreichen.

Die Dickschichttechnologie zeichnet sich durch einen etwas kürzeren Vorproduktionszyklus und eine weniger komplexe Prozessausrüstung aus. Es wird verwendet, um relativ einfache Schaltungen in numerischen Geräten zu erhalten. Programmsteuerung, Computer usw. Um GIS zu erhalten, hat die Dickschichttechnologie in einigen Fällen Vorteile gegenüber der Dünnschichttechnologie.

Die Technologie der Halbleiter-ICs wird zur Herstellung von Massenprodukten verwendet - digitale Computerschaltungen, Mikroprozessoren, elektronische Uhren, Rechenmaschinen usw.

Eine Reihe von technologischen Operationen von drei Haupttypen der Fertigungstechnologie integrierte Schaltkreise ist in seiner physikalischen Natur ähnlich, trotz der Unterschiede in den verwendeten Materialien und Geräten.

zum Thema: " Technologie zur Herstellung von Kristallen für integrierte Halbleiterschaltungen »

Disziplin: "Materialwissenschaften und Materialien elektronischer Mittel"

Abgeschlossen von einem Schüler der Gruppe 31-P

Koslow A. N.

Leiter Koschinskaya E.V.

Adler, 2004

Einführung

Teil I. Analytische Überprüfung

1.1 Integrierte Schaltungen

1.3 Charakterisierung von monokristallinem Silizium

1.4 Begründung für die Verwendung von monokristallinem Silizium

1.5 Technologie zur Gewinnung von einkristallinem Silizium

1.5.1 Gewinnung von Silizium mit Halbleiterreinheit

1.5.2 Züchtung von Einkristallen

1.6 Bearbeitung von monokristallinem Silizium

1.6.1 Kalibrierung

1.6.2 Orientierung

1.6.3 Schneiden

1.6.4 Schleifen und Polieren

1.6.5 Chemisches Ätzen von Halbleiterwafern und Substraten

1.7 Der Vorgang des Teilens von Substraten in Platten

1.7.1 Diamantritzen

1.7.2 Laserritzen

1.8 Brechen der Platten in Kristalle

Teil II. Berechnung

Fazit

Literaturverzeichnis

Die Herstellungstechnologie integrierter Schaltkreise ist eine Kombination aus mechanischen, physikalischen und chemischen Verfahren zur Verarbeitung verschiedener Materialien (Halbleiter, Dielektrika, Metalle), wodurch ein IC entsteht.

Die Steigerung der Arbeitsproduktivität ist in erster Linie auf die Verbesserung der Technologie, die Einführung fortschrittlicher Technologien zurückzuführen technologische Methoden, Standardisierung der technologischen Ausrüstung und Werkzeuge, Mechanisierung manuelle Arbeit auf der Grundlage der Automatisierung technologischer Prozesse. Besonders groß ist die Bedeutung der Technologie bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen und ICs. Es ist die ständige Verbesserung der Technologie von Halbleiterbauelementen, die in einem bestimmten Stadium ihrer Entwicklung zur Schaffung integrierter Schaltkreise und später zu ihrer weit verbreiteten Produktion führte.

Die Produktion von integrierten Schaltkreisen begann um 1959. Basierend auf der damals vorgeschlagenen Planar-Technologie. Die Grundlage der Planartechnologie war die Entwicklung mehrerer grundlegender technologischer Methoden. Neben der Entwicklung technologischer Methoden umfasste die Entwicklung von IS die Erforschung der Funktionsprinzipien ihrer Elemente, die Erfindung neuer Elemente, die Verbesserung von Methoden zur Reinigung von Halbleitermaterialien, ihre physikalischen und chemischen Studien, um solche wichtigen Eigenschaften festzustellen B. die Grenzlöslichkeiten von Verunreinigungen, die Diffusionskoeffizienten von Donor- und Akzeptor-Verunreinigungen usw. .

Die moderne Mikroelektronik hat sich innerhalb einer kurzen historischen Zeitspanne zu einem der wichtigsten Bereiche des wissenschaftlichen und technologischen Fortschritts entwickelt. Die Schaffung von großen und übergroßen integrierten Schaltkreisen, Mikroprozessoren und Mikroprozessorsystemen ermöglichte die Organisation der Massenproduktion von elektronischen Hochgeschwindigkeitscomputern, verschiedenen Arten von elektronischen Geräten, Prozesssteuerungsgeräten, Kommunikationssystemen, -systemen und -geräten automatische Kontrolle und Regulierung.

Die Mikroelektronik entwickelt sich in rasantem Tempo weiter, sowohl in Richtung der Verbesserung der integrierten Halbleitertechnologie als auch in Richtung der Nutzung neuer physikalischer Phänomene.

Teil ich . Analytische Überprüfung

1.1 Integrierte Schaltungen

Im Verlauf der Entwicklung der Mikroelektronik (ME) hat sich die IC-Nomenklatur kontinuierlich geändert. Der derzeit wichtigste IC-Typ ist der Halbleiter-IC.

IP-Klassifizierung.

Die IP-Klassifizierung kann gem verschiedene Zeichen, wir beschränken uns auf einen. Je nach Herstellungsverfahren und resultierender Struktur werden zwei grundsätzlich unterschiedliche Arten von integrierten Schaltungen unterschieden: Halbleiter und Folie.

Ein Halbleiter-IC ist eine Mikroschaltung, deren Elemente in der oberflächennahen Schicht eines Halbleitersubstrats hergestellt sind. Diese ICs bilden die Basis der modernen Mikroelektronik.

Ein Film-IC ist eine Mikroschaltung, deren Elemente in Form verschiedener Arten von Filmen hergestellt sind, die auf der Oberfläche eines dielektrischen Substrats abgeschieden sind. Je nach Verfahren der Schichtabscheidung und der damit verbundenen Dicke werden Dünnschicht-ICs (Schichtdicken bis 1–2 μm) und Dickschicht-ICs (Schichtdicken ab 10–20 μm) unterschieden.

Da bisher keine Kombination von gesputterten Filmen es ermöglicht hat, aktive Elemente wie Transistoren zu erhalten, enthalten Film-ICs nur passive Elemente (Widerstände, Kondensatoren usw.). Daher sind die Funktionen, die von reinen Film-ICs ausgeführt werden, extrem begrenzt. Um diese Einschränkungen zu überwinden, wird der Film-IC mit aktiven Komponenten (einzelne Transistoren oder ICs) ergänzt, auf demselben Substrat platziert und mit den Filmelementen verbunden. Dann stellt sich die IP heraus, die als Hybrid bezeichnet wird.

Ein Hybrid-IC (oder GIS) ist eine Mikroschaltung, die eine Kombination aus passiven Filmelementen und aktiven Komponenten ist, die sich auf einem gemeinsamen dielektrischen Substrat befinden. Die diskreten Komponenten, aus denen der Hybrid-IC besteht, werden als Plug-in bezeichnet, was ihre Isolierung vom wichtigsten technologischen Zyklus zum Erhalt des Filmteils der Schaltung betont.

Eine andere Art von "gemischten" ICs, die Halbleiter- und filmintegrierte Elemente kombiniert, wird kombiniert genannt.

Ein kombinierter IC ist eine Mikroschaltung, bei der die aktiven Elemente in der oberflächennahen Schicht eines Halbleiterkristalls (wie ein Halbleiter-IC) hergestellt werden und die passiven Elemente in Form von Filmen auf einer vorisolierten Oberfläche desselben abgeschieden werden Kristall (wie ein Film-IC).

Kombinierte ICs sind vorteilhaft, wenn hohe Werte und eine hohe Widerstands- und Kapazitätsstabilität erforderlich sind; diese Anforderungen sind mit Folienelementen leichter zu erfüllen als mit Halbleiterelementen.

Bei allen Arten von ICs werden die Verbindungen von Elementen unter Verwendung dünner Metallstreifen ausgeführt, die auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden oder abgeschieden werden und an den richtigen Stellen in Kontakt mit den verbundenen Elementen stehen. Das Aufbringen dieser Verbindungsstreifen wird als Metallisierung bezeichnet, und das „Muster“ der Verbindungen selbst wird als Metallverdrahtung bezeichnet.

In diesem Seminararbeit Es wird die Technologie der Herstellung von Platinen für integrierte Halbleiterschaltungen betrachtet. Eine integrierte Halbleiterschaltung ist eine Mikroschaltung, deren Elemente in der oberflächennahen Schicht eines Halbleitersubstrats hergestellt sind. Diese ICs bilden die Basis der modernen Mikroelektronik. Die Abmessungen von Kristallen in modernen integrierten Halbleiterschaltungen erreichen 20 x 20 mm. Je größer die Fläche des Kristalls ist, desto mehr Multielement-IC können darauf platziert werden. Bei gleicher Kristallfläche können Sie die Anzahl der Elemente erhöhen, indem Sie ihre Größe und den Abstand zwischen ihnen verringern.

1.2 Anforderungen an Halbleitersubstrate

Halbleiter in Form von aus Einkristallen geschnittenen Platten oder Scheiben werden als Substrate bezeichnet. Elemente von Mikroschaltkreisen elektronischer Geräte und Geräte werden in ihrem Volumen und auf der Oberfläche durch Ätzen, Oxidation, Diffusion, Epitaxie, Implantation, Fotolithografie und andere technologische Verfahren gebildet.

Die Qualität der Substratoberfläche wird durch ihr Mikrorelief (Rauheit), die kristalline Perfektion der Oberflächenschichten und den Grad ihrer physikalischen und chemischen Reinheit bestimmt. Die Oberfläche des Substrats ist durch Unebenheit und Nichtparallelität gekennzeichnet. Hohe Anforderungen werden auch an die rückwärtige, nicht arbeitende Seite des Substrats gestellt. Eine ungleiche und ungleiche Behandlung beider Seiten des Substrats führt zu zusätzlichen mechanischen Restspannungen und einer Verformung des Kristalls, wodurch sich die Platten verbiegen.

Nach der maschinellen Bearbeitung erscheint eine beschädigte Schicht in einer dünnen Schicht unter der Oberfläche des Substrats. Durch die Tiefe kann es in charakteristische Zonen unterteilt werden. Für Kristalle aus Ge, Si, GaAs und anderen gibt es nach ihrem Schneiden und Schleifen in einer Tiefe von 0,3 ... 0,5 der durchschnittlichen Höhe von Unregelmäßigkeiten eine Reliefzone, in der die gleichen Arten von Verletzungen und Defekten des Einkristalls auftreten Struktur beobachtet werden: Einkristall-Chips, ungeschüttelte Blöcke, Risse, Vorsprünge und Vertiefungen in verschiedenen Größen. Nach dem Schneiden befinden sich die Defekte hauptsächlich unter den Spuren der Schneidkante der Diamantscheibe in Form von parallelen Pfaden von Defektanhäufungen in polierten Kristallen - gleichmäßig über den Querschnitt. Beim Polieren weist die erste Schicht Oberflächenunregelmäßigkeiten auf, relativ kleiner als beim Schleifen, und im Gegensatz zur polierten Oberfläche ist sie amorph. Die zweite Schicht ist ebenfalls amorph, ihre Tiefe ist 2...3 mal größer als die Oberflächenunregelmäßigkeiten. Die dritte Schicht ist ein Übergang von einer amorphen Struktur zu einem ungestörten Einkristall und kann elastische oder plastische Verformungen, Versetzungen und in einigen Fällen Risse enthalten. Bei der Bearbeitung und Vorbereitung der Oberfläche von Halbleitersubstraten ist es notwendig, perfekte Oberflächen mit zu erzeugen ein hohes Maß Planparallelität für eine gegebene kristallographische Orientierung, mit das völlige Fehlen einer beschädigten Schicht, die minimale Dichte von Oberflächenfehlern, Versetzungen usw. Die Oberflächenkontamination sollte auf ein Minimum beschränkt werden.

3 Eigenschaften von monokristallinem Silizium

Physikochemische Eigenschaften von Silizium

1. Der optimale Wert der Bandlücke, der zu einer ausreichend niedrigen Konzentration intrinsischer Ladungsträger und einer hohen Betriebstemperatur führte.

2. Ein großer Bereich des tatsächlich erreichbaren spezifischen Widerstands, der von 10 –3 Ohm-cm (degeneriert) bis 10 5 (nahezu intrinsisch) reicht.

3. Hoher Wert des Elastizitätsmoduls, erhebliche Steifigkeit (größer als beispielsweise Stahl).

Die Inhaber des Patents RU 2244364:

Verwendung: in der Mikroelektronik, bei der Herstellung von Mikroschaltungen. Das Wesentliche der Erfindung: Das Verfahren zur Herstellung von k Mikroschaltkreisen besteht darin, dass n Elemente auf einer gemeinsamen dielektrischen Basis mit externen Anschlüssen installiert werden. Dann wird eine Vergußmasse aufgebracht, die die Elemente umhüllend über die Oberfläche einer gemeinsamen dielektrischen Basis mit äußeren Zuleitungen verteilt und aufgrund von Oberflächenspannungskräften darauf gehalten wird. Das so gebildete einzelne Werkstück wird in Teile geteilt, wodurch k Stücke von Mikroschaltkreisen erhalten werden. Das technische Ergebnis der Erfindung ist die Schaffung eines Gruppenverfahrens zur Herstellung von Mikroschaltungen ohne die Verwendung von Werkzeugen, die ein einzelnes Mikroschaltungsgehäuse bilden. 2 krank.

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Mikroelektronik und kann bei der Herstellung von Mikroschaltungen verwendet werden.

Als Prototyp wurde ein Verfahren zur Herstellung von Mikroschaltungen gewählt, das darin besteht, dass n Elemente auf Kristallleitungen installiert werden, die durch einen äußeren Rahmen verbunden sind. Die Bleikristallhalter mit Elementen werden in einem Werkzeug mit k Hohlräumen angeordnet, die ein einzelnes Mikroschaltungsgehäuse bilden, das dann mit einer Vergussmasse gefüllt wird. Danach wird der Ausgang vom äußeren Rahmen getrennt, wodurch k Mikroschaltkreise erhalten werden.

Ziel der Erfindung ist es, ein Verbundverfahren zur Herstellung von Chips ohne formgebende Werkzeuge zu schaffen.

Dieses Ziel wird dadurch erreicht, dass n Stück Elemente auf einer gemeinsamen dielektrischen Basis mit externen Zuleitungen installiert werden. Die Installation von Elementen bedeutet ihre mechanische Befestigung auf einer gemeinsamen dielektrischen Basis und elektrische Verbindung mit externen Anschlüssen und untereinander gemäß dem Funktionszweck der Mikroschaltung. Als Elemente können Halbleiterkristalle, folien- und/oder chipelektronische Bauelemente dienen. Das beschriebene Verfahren ermöglicht die gleichzeitige Herstellung von Mikroschaltkreisen mit einer unterschiedlichen Anzahl von Elementen und/oder unterschiedlichen in einer Gruppe funktionaler Zweck. Im Allgemeinen ist die Anzahl der Elemente n ≤ k. Anschließend wird beispielsweise durch Tauchen eine Vergußmasse aufgebracht, die sich unter Umhüllung der verbauten Elemente auf der Oberfläche einer gemeinsamen dielektrischen Basis mit Außenleitern ausbreitet und auf dieser durch Oberflächenspannungskräfte festgehalten wird. Die durch ähnliche Verfahren aufgebrachte Vergußmasse bedeckt die gesamte Oberfläche der gemeinsamen dielektrischen Basis mit externen Anschlüssen in einer durchgehenden Schicht. Das so gebildete einzelne Werkstück wird zum Beispiel durch ein scharfes Schleifmittel unter Verwendung eines Drahtes in Teile geteilt, wodurch k Teile von Mikroschaltkreisen erhalten werden.

Die Figur 1 zeigt die Abfolge der technologischen Arbeitsschritte zur Herstellung von Mikroschaltkreisen, n Stück Elemente 1 werden auf einer gemeinsamen dielektrischen Basis 2 mit externen Anschlüssen 3 installiert. Die die installierten Elemente 1 umhüllende Vergußmasse 4 wird auf ein gemeinsames Dielektrikum aufgebracht Basis 2. Das auf diese Weise gebildete einzelne Werkstück 5 wird in Teile 6 unterteilt, wodurch k Stücke von Mikroschaltungen 7 erhalten werden. Aufgrund von Oberflächenspannungskräften kann der obere Teil eines einzelnen Mikroschaltungspakets flach oder kuppelförmig geformt werden, je nachdem Breite der gemeinsamen dielektrischen Basis mit externen Anschlüssen, die Menge der aufgebrachten Vergussmasse und deren Viskosität (Abbildung 2).

Informationsquellen

1. US-Patent Nr. 5317189, Klasse. H 01 L 23/48, 31.05.94.

Verfahren zur Herstellung von k Stücken von Mikroschaltungen, dadurch gekennzeichnet, dass n Stück Elemente auf einer gemeinsamen dielektrischen Basis mit externen Anschlüssen installiert werden, auf deren Oberfläche dann eine Vergussmasse aufgebracht wird, so dass sie sich, die installierten Elemente umhüllend, über die verteilt Oberfläche einer gemeinsamen dielektrischen Basis mit externen Leitern, die darin gehalten werden, wird das so gebildete einzelne Werkstück aufgrund der Kräfte der Oberflächenspannung in Teile geteilt.

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