Proces produkcji nowoczesnych półprzewodnikowych układów scalonych jest bardzo złożony. Odbywa się to wyłącznie w specjalnych pomieszczeniach o mikroklimacie przy użyciu precyzyjnego sprzętu. Obecnie do tworzenia układów półprzewodnikowych opartych na tranzystorach bipolarnych wykorzystuje się kilka rodzajów procesów technologicznych, różniących się głównie sposobami tworzenia izolacji pomiędzy poszczególnymi elementami. Główne operacje technologiczne wytwarzania chipów półprzewodnikowych można podzielić na sześć etapów.

1. Przygotowanie wlewków do cięcia na płyty. Początkowo hoduje się wlewek krzemowy, następnie przygotowuje się go do pocięcia na wafle - wycina się część nasienną i ogonową oraz usuwa się części wlewka o parametrach elektrofizycznych niespełniających ustalonych norm lub o nieakceptowalnych wymaganiach. Kalibrowanie Odbywa się to poprzez szlifowanie wzdłuż tworzącej powierzchni wlewka (szlifowanie cylindryczne) za pomocą ściernicy. Po kalibracji końce wlewka są szlifowane tak, aby były ściśle prostopadłe do osi geometrycznej wlewka, a w celu usunięcia warstwy uszkodzonej mechanicznie i zanieczyszczeń wlewek jest trawiony . Kontrola orientacja krystalograficzna koniec wlewka i cięcie podstawy wykonuje się za pomocą prześwietlenia rentgenowskiego lub metody optyczne. Plasterki podstawowe i dodatkowe otrzymywany przez szlifowanie wlewka wzdłuż tworzącej tarczą diamentową na szlifierce do płaszczyzn. Aby uzyskać przekroje, wlewek jest odpowiednio mocowany w specjalnym zacisku. Po cięciu podstawowym wlewek rozwija się w zacisku, zabezpiecza się nacięcie pomocnicze i szlifuje. Po oszlifowaniu nacięć wlewek jest trawiony.

2. Cięcie wlewków na płyty. Cięcie wlewków jest ważną operacją w procesie produkcji płytek i określa orientację powierzchni, grubość, płaskość i równoległość boków oraz ugięcie.

Główną metodą cięcia wlewków krzemowych na wafle jest cięcie tarczą z wewnętrzną krawędzią tnącą zawierającą diament. Wycięte płyty, w zależności od konstrukcji maszyn, przenoszone są za pomocą ściągacza próżniowego lub pozostają na trzpieniu. Po cięciu płyty są oczyszczane z klejów, smarów i cząstek pyłu.

Zalety cięcia tarczą z wewnętrzną krawędzią tnącą: wysoka prędkość cięcie (do 40 mm/min); dobra jakość obróbki powierzchni (8 klasa chropowatości); małe różnice w grubości płyty (±20 µm); małe straty materiału.

Wady cięcia tarczą z wewnętrzną krawędzią tnącą: trudność montażu tarczy diamentowej, jej naprężenie i ustawienie, zależność jakości i dokładności obróbki od dokładności i jakości narzędzia.

Metoda ta w porównaniu do innych metod zapewnia lepszą jakość płytek i większą produktywność procesu.

3.Szlifowanie płytek krzemowych. Szlifowanie to proces obróbki powierzchni przedmiotów na dyskach twardych - ściernic wykonanych z żeliwa, stali, mosiądzu, szkła i innych materiałów przy użyciu narzędzi - ściernic i zawiesiny ściernej (obróbka z użyciem wolnego ścierniwa) lub przy użyciu ściernic diamentowych (obróbka związanym materiałem ściernym).

Dwustronny proces szlifowania swobodnego wykonywane na specjalnych maszynach. Przed szlifowaniem płyty sortuje się według grubości. Kontrolują nierówność powierzchni roboczej ściernic, a jeśli to konieczne, przeprowadzają prostowanie - szlifowanie za pomocą zakładek pierścieniowych. Następnie talerze szlifierskie oczyszcza się z kurzu i innych zanieczyszczeń, przemywa wodą i smaruje gliceryną. Na powierzchni szlifierki dolnej montuje się separatory pierścieni zębatych, które muszą mieć specjalne tolerancje grubości, a grubość musi być nieco mniejsza niż grubość płytek wymagana po szlifowaniu. Powierzchnie przeznaczone do obróbki umieszcza się w otworach separatorów.

Po obróceniu górna płyta szlifierska jest swobodnie osadzona na powierzchni płyt. Ruch młyna przekazywany jest poprzez koła latarniowe na separatory. Płyty unoszone przez separatory wykonują złożone ruchy pomiędzy ściernicami, co zapewnia równomierną obróbkę i zużycie ściernic.

Do dwustronnego mielenia stosuje się wodne i glicerynowe zawiesiny mikroproszków zielonego węglika krzemu lub białego elektrokorundu o wielkości ziaren od M14 do M5.

Metoda ta jest bardziej produktywna, zapewnia wysoką precyzję obróbki powierzchni i nie wymaga klejenia płyty.

4.Fazowanie. Fazy ​​można usunąć z bocznych powierzchni płyt obróbka ścierna lub poprzez trawienie chemiczne półproduktów zebranych w specjalnej kasecie. Najczęściej fazowania usuwa się poprzez szlifowanie profilową tarczą diamentową na specjalnej maszynie.

5.Polerowanie płytek. Polerowanie zapewnia minimalizację mikronierówności powierzchni płytek i jak najmniejszą grubość uszkodzonej warstwy. Wykonuje się je na miękkich krążkach polerskich wykańczających (krążki pokryte zamszem, filcem, cambricem, welurem) przy użyciu pasty diamentowej i zawiesiny.

Polerowanie odbywa się kilkuetapowo, stopniowo zmniejszając wielkość ziaren i twardość ścierniwa, a na ostatnim etapie całkowicie eliminowany jest wpływ ścierny na obrabiany materiał. Ostatni etap działania nieściernego pozwala na całkowite usunięcie warstwy uszkodzonej mechanicznie z powierzchni płyty.

Istnieje kilka metod polerowania:

· Polerowanie mechaniczne (wstępne i pośrednie). Wykonuje się go zawiesinami i pastami diamentowymi o wielkości ziaren od 3 do 1 mikrona. Polerowanie mechaniczne w swej istocie nie różni się od szlifowania, różnica polega jedynie na zastosowanych materiałach ściernych, ich uziarnieniu, materiale talerza polerskiego i sposobie obróbki. W przypadku stosowania do polerowania zawiesin i past diamentowych na powierzchni płytek tworzy się cienka sieć śladów („tło diamentowe”), powstająca w wyniku działania ostrych krawędzi skrawających ziaren diamentu. Aby usunąć „diamentowe tło” i zmniejszyć chropowatość powierzchni, czasami wykonuje się polerowanie mechaniczne przy użyciu bardziej miękkich materiałów ściernych.

· Dokładne polerowanie mechaniczne wykonujemy miękkimi masami polerskimi na bazie tlenków glinu, krzemu, chromu, cyrkonu i innych o uziarnieniu mniejszym niż 1 mikron przy użyciu padów polerskich wykonanych z materiałów włosowych, w których można zakopać submikronowe ziarna proszku. Zmniejsza to powierzchnię roboczą ziaren i poprawia wykończenie powierzchni płyt.

· Polerowanie chemiczno-mechaniczne. Różni się tym, że oprócz zwykłego działania ściernego, powierzchnia poddawana jest działaniu chemicznemu. Kompozycje nabłyszczające - zawiesiny, zole, żele z submikronowych proszków tlenków krzemu (Aerosil), cyrkonu, aluminium - przygotowywane są na bazie zasad.

Wybierzemy polerowanie mechaniczne, które zostanie wykonane zawiesiną diamentową z proszku ACM3, jednostronne, prędkość obrotowa talerza polerskiego nie przekracza 30...40 obr/min. Przechodząc na proszek ASM1 zmniejszamy prędkość obrotową talerza polerskiego i zwiększamy obciążenie płytki. Po polerowaniu płytkę należy dokładnie umyć w roztworach mydła.

6. Czyszczenie fizyczne. Przy kolejnych operacjach bardzo ważna jest czystość powierzchni. Dlatego przed uruchomieniem, a także wielokrotnie w trakcie cyklu technologicznego produkują czyszczenie, usuwanie substancji obcych poprzez przemywanie, rozpuszczanie itp. Procesy czyszczenia płytek i podłoża mają na celu usunięcie zanieczyszczeń do poziomu odpowiadającego technologicznie czystej powierzchni. Najważniejsze jest oczyszczenie powierzchni po obróbce mechanicznej, przed procesami termicznymi oraz przed nałożeniem różnego rodzaju powłok, folii, warstw. Podczas czyszczenia należy najpierw usunąć z powierzchni molekularne zanieczyszczenia organiczne i związane chemicznie, a następnie resztkowe jonowe i atomowe. Podczas fizycznego czyszczenia cieczą desorpcja zanieczyszczeń zaadsorbowanych przez powierzchnię następuje bez zmiany ich składu, tj. bez reakcji chemicznych, poprzez proste rozpuszczenie. Ponieważ możliwe jest odwrotne zanieczyszczenie powierzchni przez czyszczoną ciecz, należy przestrzegać zasady jej ciągłej odnowy (odświeżania).

Odtłuszczanie (mycie) w rozpuszczalnikach organicznych (toluen, czterochlorek węgla, dichloroetan, alkohole: etylowy, metylowy, izopropylowy itp.) służy do usuwania z powierzchni płyt (podłoży) tłuszczów pochodzenia zwierzęcego i roślinnego, olejów mineralnych, smarów, wosków, parafin i inne połączenia organiczne i mechaniczne.

Odtłuszczanie zanurzeniowe wykonywane w specjalnych szczelnych instalacjach z dwiema do czterech wannami zespawanymi w jeden blok wraz ze wzrostem poziomu cieczy. Kontrolowane parametry procesu odtłuszczania dla danej ilości płyt i danej porcji konkretnego rozpuszczalnika oraz czasu obróbki.

Odtłuszczanie w oparach rozpuszczalników służy do usuwania słabo rozpuszczalnych zanieczyszczeń o wysokiej temperaturze topnienia. Do przetwarzania na parze stosuje się go alkohol izopropylowy, freony, chlorowane węglowodory. Wady tej metody: konieczność wstępnego oczyszczania rozpuszczalników; konieczność tworzenia szczelnych komór roboczych instalacji; duże zużycie rozpuszczalników.

Odtłuszczanie ultradźwiękowe wykonywane są w specjalnych wannach, których dno i ścianki wibrują z częstotliwością ultradźwiękową. Ta metoda zapewnia znacznie większą produktywność i poprawia jakość nie tylko odtłuszczania, ale także innych operacji przetwarzania cieczy.

7. Mycie wodą stosowany do czyszczenia rozpuszczalników polarnych po odtłuszczeniu, z pozostałości środków trawiących, topników, kwasów, zasad, soli i innych związków. Podobnie jak w przypadku rozpuszczalników organicznych, myciu w wodzie towarzyszy rozpuszczenie zanieczyszczeń lub mechaniczne wypłukiwanie cząstek kurzu, kłaczków i innych cząstek. Mycie odbywa się w wodzie dejonizowanej podgrzanej do temperatury 50...60°C.

8. Czyszczenie chemiczne. Tego typu obróbka polega na niszczeniu zanieczyszczeń lub powierzchniowej warstwy czyszczonego przedmiotu w wyniku reakcji chemicznych.

Zapewnia dobre rezultaty Rozchodnik silikonowy w roztworze „Karo”. . To właśnie ta metoda zostanie zastosowana w tym projekcie kursu – czyszczenie mieszaniną Karo, a następnie „bardziej miękką”.

czyszczenie w roztworze nadtlenku amoniaku. Klasyczny skład mieszanki Karo do chemicznego czyszczenia powierzchni krzemu i tlenku krzemu, stosunek objętościowy składników mieści się w granicach

H2SO4: H2O2 = 3:1

Czyszczenie chemiczne w tej mieszaninie przeprowadza się w temperaturze T = 90 -150 o C. Mieszanka Caro pozwala oczyścić powierzchnię płytki półprzewodnikowej z zanieczyszczeń organicznych oraz częściowo z zanieczyszczeń jonowych i atomowych. Kwas karo jest stabilny w środowisku kwaśnym i jest bardzo silnym środkiem utleniającym. Mieszanka ta jest w stanie oczyścić powierzchnię płytki krzemowej z zanieczyszczeń niemetalicznych.

9. Epitaksja. Epitaksja to proces wzrostu warstw monokrystalicznych na podłożach monokrystalicznych. Podczas procesu wzrostu epitaksjalnego podłoża monokrystaliczne pełnią rolę orientacyjną tła, na którym zachodzi krystalizacja. Główną cechą jest to, że warstwy i obszary lokalne o przeciwnym typie przewodności lub o stężeniu zanieczyszczeń innym niż w płytce półprzewodnikowej reprezentują nowe formacje powyżej pierwotnej powierzchni. W procesie wzrostu warstwy epitaksjalne ulegają domieszkowaniu, tj. wprowadza się do nich zanieczyszczenia donorowe lub akceptorowe. Kolejną cechą szczególną jest to, że możliwe jest uzyskanie warstw półprzewodników o wysokiej rezystancji na płytkach o niskiej rezystancji.

W epitaksji w fazie ciekłej atomy rosnącej warstwy osadzają się na podłożu ze stopu lub roztworu, z którego musi wyrosnąć odpowiednia warstwa. Drugi rodzaj epitaksji – z fazy gazowo-parowej – który będzie stosowany w tej technologii, polega na oddziaływaniu gazu z płytą. W tym przypadku ważnymi parametrami procesu są temperatura strumienia gazu i płyty. Można użyć tetrachlorku krzemu SiCl 4 lub silanu SiH 4 .

Metoda chlorkowa opiera się na wykorzystaniu chemicznego oddziaływania par czterochlorku krzemu z czystym wodorem w temperaturze T = 1200 o C:

SiCl 4 (gaz) + 2H 2 (gaz) = ​​Si (stały) + 4HCl (gaz)

Tempo wzrostu warstwy epitaksjalnej można ograniczyć albo poprzez procesy przenoszenia masy, tj. liczba cząsteczek odczynnika dostarczonych na powierzchnię podłoża lub produktów reakcji chemicznych usuniętych z podłoża na drodze dyfuzji, lub szybkość reakcji chemicznych. Główną wadą są wysokie temperatury procesu, prowadzące do dyfuzji zanieczyszczeń z płyt do warstwy narastającej, a także samodomieszkowania. Ponadto odwracalność reakcji redukcji tetrachlorku wymaga dużej precyzji w utrzymaniu reżimu osadzania warstw.

Metoda silanowa opiera się na zastosowaniu reakcji nieodwracalnej

rozkład termiczny silanu:

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

Instalacja do narastania warstw epitaksjalnych metodą silanową jest konstrukcją zbliżona do instalacji stosowanej w metodzie chlorkowej i zapobiegawczo przy pracy z monosilanem wyposażona jest w system odpompowywania powietrza i śladów wilgoci. Doskonałe warstwy monokrystaliczne otrzymuje się przy temperaturach rozkładu monosilanu rzędu 1000...1050°C, czyli o 200...150°C mniej niż podczas redukcji czterochlorku krzemu. Zmniejsza to niepożądaną dyfuzję i samodomieszkowanie, umożliwiając wytwarzanie struktur epitaksjalnych z ostrzejszymi granicami przejściowymi. Szybkość wzrostu warstwy jest większa niż podczas redukcji czterochlorku krzemu.

Wadą tej metody jest to, że monosilan jest samozapalny i wybuchowy, co wymaga specjalnych środków ostrożności. Toksyczność silanu.

W tym projekcie kursu użyjemy SiCl 4. ponieważ Dzięki temu gazowi możliwe jest hodowanie monokrystalicznych warstw krzemu, które utrzymują orientację krystaliczną podłoża krzemowego bez uszkodzenia powierzchni.

Proces wzrostu epitaksjalnego będzie przebiegał w reaktorze epitaksjalnym.

10.Utlenianie. Utlenianie można przeprowadzić na kilka sposobów, takich jak utlenianie anodowe, katodowe osadzanie warstwy tlenku lub termiczne utlenianie krzemu. Utlenianie termiczne, podobnie jak inne procesy wysokotemperaturowe, nakłada rygorystyczne wymagania na oryginalne wlewki krzemowe (zawartość w nich tlenu i węgla jest niepożądana), na jakość procesów wytwarzania i czyszczenia płytek. Utlenianiu krzemu towarzyszy: dyfuzja tlenu pod warstwą dwutlenku krzemu; wzbogacenie warstwy powierzchniowej o grubości 1...2 µm w tlen powyżej granicy rozpuszczalności w wyniku stanu naprężenia sieci krzemowej; oddziaływanie tlenu z defektami w płycie pierwotnej i generowanie dodatkowych dyslokacji i uskoków ułożenia. Na defektach szybko gromadzą się zanieczyszczenia dyfuzyjnych metali, sodu, miedzi, żelaza itp. Ponieważ to właśnie w tej cienkiej warstwie powstają elementy układu scalonego, wszystko to prowadzi do degradacji ich parametrów elektrycznych. Stężenie tlenu w powierzchniowej warstwie krzemu zmniejsza się poprzez wyżarzanie płytek krzemowych w atmosferze azotu w temperaturze 1000 ... 1100 °C. Poszukiwanie sposobów usprawnienia procesu utleniania termicznego doprowadziło do pojawienia się modyfikacji metody termicznego utleniania krzemu.

Najpowszechniejszą metodą jest osadzanie warstw SiO na płytkach krzemowych poprzez termiczne utlenianie krzemu pod ciśnieniem atmosferycznym w poziomych cylindrycznych reaktorach kwarcowych. Temperatura utleniania mieści się w zakresie 800...1200 o C i jest utrzymywana z dokładnością ± 1 o C w celu zapewnienia jednolitej grubości powłoki. Utlenianie łączone będziemy wykonywać jak w suchym tlenie, gdyż w tym przypadku uzyskuje się folie SiO 2 o wysokiej jakości, pomimo tego, że stopień utleniania w tych warunkach jest niski i w wilgotnym tlenie (wszystko dzieje się dokładnie odwrotnie).

Główne reakcje:

1. utlenianie na sucho w atmosferze czystego tlenu:

Si(telewizor) > SiO2 (telewizor)

2. utlenianie na mokro w mieszaninie tlenu i pary wodnej:

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

Szybkość utleniania zależy od najwolniejszego etapu penetracji dyfuzyjnej utleniacza przez rosnącą warstwę do granicy faz SiO 2 > Si. Współczynniki dyfuzji w dużym stopniu zależą od temperatury. W niskich temperaturach współczynniki dyfuzji, a co za tym idzie, szybkość wzrostu filmu są niskie. Szybkość wzrostu można zwiększyć albo poprzez zwiększenie ciśnienia w komorze reakcyjnej instalacji, albo poprzez podniesienie temperatury procesu.

11.Fotolitografia. Istota procesu fotolitografii jest następująca. Światłoczułe fotomaski nakłada się na powierzchnię podłoża i poddaje działaniu promieniowania. Zastosowanie specjalnej maski szklanej z polami przezroczystymi i nieprzezroczystymi (fotomaski) powoduje miejscowe oddziaływanie na fotomaskę i w konsekwencji lokalną zmianę jego właściwości. Przy późniejszej ekspozycji na określone środki chemiczne poszczególne fragmenty błony fotomaski są usuwane z podłoża, oświetlane i nieoświetlane, w zależności od rodzaju fotomaski (wywoływanie). W ten sposób z folii fotomaski powstaje maska ​​ochronna ze wzorem powtarzającym wzór fotomaski.

W zależności od mechanizmu procesów fotochemicznych zachodzących pod wpływem promieniowania, rozpuszczalność narażonych obszarów może się zwiększać lub zmniejszać. W związku z tym fotomaski są albo pozytywne, albo negatywne. Pozytywowa folia fotomaskowa staje się niestabilna pod wpływem promieniowania i rozpuszcza się podczas wywoływania, natomiast negatywowa folia fotomaskowa staje się nierozpuszczalna pod wpływem promieniowania, natomiast nieoświetlone obszary rozpuszczają się podczas wywoływania.

Właściwości fotomasek określa szereg parametrów:

Wrażliwość na promieniowanie

Z kolei istnieją pewne kryteria wrażliwości: wysokie właściwości ochronne lokalnych obszarów.

· Rozdzielczość fotomaski.

Odporność na kwasy (odporność fotomasek na agresywne środki trawiące)

Proces technologiczny fotolitografii przebiega w następującej kolejności:

1. Oczyszczenie powierzchni podłoża;

2. Nałożenie fotorezystu (FP-330) i rozprowadzenie go na całej powierzchni poprzez wirowanie;

3. Suszenie fotomaski (15 minut w temperaturze T = 20 o C).

4. Łączenie fotomaski z podłożem:

5. Ekspozycja - naświetlanie promieniami UV przez fotomaskę, t = 1h2s;

6. Rozwój: obróbka chemiczna w specjalnych wywoływaczach;

7. W celu końcowej polimeryzacji pozostałej fotomaski przeprowadza się garbowanie: obróbka cieplna w temperaturze T = 120 o C, t = 20 min;

8. Trawienie tlenkiem krzemu roztwór wodny kwas fluorowodorowy, lepiej zastosować dodatki buforowe soli kwasu fluorowodorowego;

9. Fotomaskę usuwa się w środowisku alkalicznym.

10. Mycie płytki krzemowej w wodzie dejonizowanej za pomocą ultradźwięków i suszenie w temperaturze T = 120 o C.

Istnieją głównie dwie metody wytwarzania fotomasek. Pierwsza metoda opiera się na połączeniu procesów optycznych i precyzyjnych procesów mechanicznych. Istotą metody jest mechaniczne wycięcie pierwotnego oryginału (rysunek powiększony 200...500 razy), późniejsze fotograficzne zmniejszenie rozmiaru rysunku i jego animacja. W drugiej metodzie – fotonoborze – cały wzór topologiczny dzielony jest na prostokąty o różnych obszarach i różnych proporcjach w zależności od kształtu jego elementów składowych. Prostokąty te nanoszone są metodą sekwencyjnego drukowania zdjęć na kliszę fotograficzną, gdzie ostatecznie powstaje fotomaska ​​pośrednia o dziesięciokrotnym zwiększeniu wzoru w stosunku do zadanego.

W tym projekcie kursu będziemy używać fotorezystu pozytywowego, tj. światło niszczy łańcuchy polimerowe: oświetlone obszary rozpuszczają się. Pozytywne fotomaski zapewniają ostrzejsze granice obszarów rozpuszczonych (wywołanych) niż negatywne, tj. mają zwiększoną rozdzielczość, ale mają niższą czułość i wymagają dłuższego czasu naświetlania. Fotomaska ​​będzie szklaną płytką, na której jednej stronie nałożona jest cienka, nieprzezroczysta folia Cr. Należy nałożyć kilka kropli roztworu fotorezystu

na utlenioną powierzchnię płytki krzemowej, a następnie za pomocą wirówki rozprowadzić ją cienką warstwą (około 1 µm) i wysuszyć.

Wyróżnia się fotolitografię kontaktową, w której fotomaska ​​ściśle dopasowuje się do powierzchni podłoża z nałożonym fotomaską oraz fotolitografię bezkontaktową.

Fotolitografia bezkontaktowa na mikroszczelinie opiera się na wykorzystaniu efektu podwójnego lub wielokrotnego źródła promieniowania. Promienie UV przykładane są do fotomaski pod tym samym kątem, dzięki czemu zjawiska dyfrakcyjne są minimalizowane i zwiększa się dokładność wzoru. Wada jest bardzo skomplikowany sprzęt. Fotolitografia projekcyjna opiera się na uproszczonym procesie rejestracji, ponieważ Za pomocą specjalnych soczewek obraz fotomaski jest rzutowany na płytę.

Usuwanie fotorezystu zwykle przeprowadza się za pomocą związków alkalicznych (NaOH).

12. Stopowanie. Stopowanie - wprowadzenie zanieczyszczeń do płytki lub filmu epitaksjalnego. Na wysoka temperatura(około 1000 o C) atomy zanieczyszczeń przedostają się przez powierzchnię i rozprzestrzeniają się głębiej w wyniku ruchu termicznego. Wyróżnia się trzy rodzaje domieszkowania półprzewodników:

1. Doping dyfuzyjny - w oparciu o użycie znane zjawisko dyfuzja, tj. kierunkowy ruch cząstek substancji w kierunku zmniejszania się ich stężenia. Siłą napędową jest gradient stężeń atomów lub cząsteczek substancji. Podczas dyfuzji, w płycie pierwotnej uzyskuje się kontakty prostujące lub zagęszczające, zmieniając jej właściwości poprzez domieszkowanie na wymaganą głębokość. Warstwy dyfuzyjne mają grubość rzędu setnych mikrometrów. Charakterystyczną cechą jest nierównomierny rozkład stężenia zanieczyszczeń na głębokości: stężenie jest maksymalne w pobliżu powierzchni i maleje w głębi warstwy. Stężenie i rozmieszczenie zanieczyszczeń w dużej mierze zależą od właściwości zanieczyszczenia, materiału stopowego i źródła zanieczyszczenia.

2. Doping jonowy - przeprowadzane przez zjonizowane atomy zanieczyszczeń posiadające energię wystarczającą do przeniknięcia do półprzewodnika. Wyżarzanie jest również konieczne, aby wyeliminować uszkodzenia radiacyjne struktury półprzewodnika i aktywować elektrycznie zanieczyszczenia donorowe i akceptorowe. Główną cechą jest możliwość powtarzalnego uzyskania zadanego stężenia zanieczyszczeń na danej głębokości na niemal każdym obszarze płyty. Wynika to z faktu, że prąd wiązki jonów można ustawić z dużą dokładnością. Rozkład zanieczyszczeń można łatwo kontrolować w szerokim zakresie, zmieniając dawkę napromieniowania, energię i kąt padania jonów. Jony zanieczyszczające pozyskiwane są ze specjalnych źródeł, przyspieszane i skupiane w polu elektrycznym. Wiązka jonów bombarduje podłoże. Jony zanieczyszczeń znajdują się w sieci krystalicznej. Charakterystyka warstw domieszkowanych jonami jest bardziej powtarzalna niż w przypadku dyfuzji.

3. Dyfuzja stymulowana promieniowaniem - polega na wprowadzeniu domieszki w wyniku bombardowania kryształu lekkimi jonami o energii wystarczającej do wyparcia atomów podłoża. Napromienianie przeprowadza się podczas obróbki cieplnej (t = 600-700 o C) lub bezpośrednio przed nią.

W tym projekcie kursu zostanie zastosowana dyfuzja wysokotermiczna, ponieważ... Wadą implantacji jonów jest zaburzenie struktury warstwy powierzchniowej i wzrost defektów, a także złożoność wyposażenie technologiczne. Dyfuzja będzie prowadzona tradycyjną metodą otwartej rury ze źródeł gazowych (BBr 3 , PH 3) i stałych (tlenek antymonu).

13. Metalizacja. Wszystkie obecnie stosowane systemy metalizacji można podzielić na: jednowarstwowe, wielowarstwowe, wielopoziomowe, wolumetryczne (zaciski objętościowe).

· Jednowarstwowa metalizacja aluminium stosowana jest przede wszystkim w układach scalonych o niskim stopniu integracji, małej mocy, pracujących w częstotliwościach do 1 GHz i nie zaprojektowanych pod kątem wysokich wymagań niezawodnościowych.

· Metalizacja wielowarstwowa w niektórych przypadkach pełniej spełnia wymagania, ale jest mniej zaawansowana technologicznie, bo zawiera więcej niż jedną warstwę metalu. Zwykle składa się z kilku warstw: warstwa kontaktowa - pierwsza w kolejności zastosowania do folii krzemowej (wolfram, molibden, chrom, nikiel, aluminium, tytan, pallad, krzemki metali ogniotrwałych); warstwa oddzielająca - stosowane w przypadkach, gdy trudno jest dobrać odpowiednie materiały do ​​słów kontaktowych i przewodzących; warstwa przewodząca - ostatnia warstwa metalizacji w kolejności aplikacji musi posiadać dobrą przewodność elektryczną i zapewniać wysokiej jakości niezawodne połączenie pól stykowych z zaciskami korpusu (miedź, aluminium, złoto)

· W dużych i bardzo dużych układach scalonych stosowana jest metalizacja wielopoziomowa. Zwiększenie liczby elementów zwiększa także powierzchnię połączeń międzyelementowych, dlatego są one umieszczane na kilku poziomach.

W ramach tego projektu kursu przeprowadzimy jednowarstwową metalizację aluminium.

14. Pisanie. Trasowanie należy wykonać za pomocą frezu diamentowego. Prowadzi to do powstania w płycie stosunkowo głębokich (do 50...100 µm) i wąskich (do 25...40 µm) rowków. Zaletą tego trasowania jest jego prostota i niski koszt.

Rozbicie płytek na kryształy po trasowaniu należy wykonać mechanicznie poprzez przyłożenie do niej momentu zginającego. Operację tę wykonuje się na podporze kulistej.

Zaletami tej metody są prostota, wysoka produktywność (łamanie trwa nie dłużej niż 1...1,5 min) i jednoetapowość, a także wystarczająca wysoka jakość, ponieważ kryształy nie poruszają się względem siebie.

Poniżej podano powiększone schematy procesów technologicznych wytwarzania materiałów półprzewodnikowych (monolitycznych).

Ryż. 1.

Opiszmy proces technologiczny wytwarzania układu scalonego generatora napięcia.

W początkowej fazie formowane są wlewki krzemowe, które pocięte są tarczami diamentowymi z wewnętrzną krawędzią tnącą na wafle – kryształy bazowe, na których następnie będą formowane elementy mikroukładów. Powierzchnia kryształu jest starannie szlifowana, aby usunąć uszkodzenia powierzchni powstałe w wyniku cięcia. Polerowanie odbywa się przy użyciu różnych materiałów - zawiesiny diamentowej, materiałów sproszkowanych. Następnie przeprowadza się czyszczenie w celu usunięcia warstwy wierzchniej, w której zlokalizowane są powierzchniowe naprężenia mechaniczne. W tym celu po powierzchni płytki przepuszcza się HCl w wysokiej temperaturze, kryształ przemywa się wodą dejonizowaną, roztworami proszków detergentowych, bieżącą wodą, a następnie płytkę suszy się do całkowitego wyschnięcia.

W kolejnym etapie powierzchnia kryształu ulega utlenieniu, tworząc dwutlenek krzemu o określonej grubości.

Odbywa się to tak, że podczas domieszkowania nie cały kryształ jest domieszkowany, ale tylko określony obszar.

Odpowiednio, na warstwę dwutlenku krzemu nakłada się warstwę fotomaski, a proces fotolitografii przeprowadza się metodą kontaktową (lub w inny sposób). W tym przypadku stosuje się fotomaskę (patrz załącznik). Odsłonięte obszary są opracowywane, garbowane i eliminowane, dzięki czemu uzyskuje się fragment dwutlenku krzemu do późniejszego trawienia.

Powstałe okna są trawione, w efekcie powierzchnia podłoża staje się otwarta na późniejsze domieszkowanie i utworzenie ukrytej warstwy n+. Warstwa fotomaski zostaje wyeliminowana. Powierzchnię tlenku krzemu dokładnie oczyszcza się, przemywa bieżącą wodą dejonizowaną i suszy przez odwirowanie. W ten sposób podłoże staje się całkowicie gotowe do operacji tworzenia stopu.

Aby otrzymać wysokostopową warstwę typu n+, przeprowadza się wysokotermiczną dyfuzję z antymonem do granicy jego rozpuszczalności. W ten sposób powstaje ukryta warstwa n+. Antymon jest rozproszony w kieszeni n+.

Warstwa dwutlenku krzemu jest wytrawiana w kwasie fluorowodorowym, tworząc odsłoniętą powierzchnię podłoża z trzema sekcjami warstwy wysokostopowej. Powierzchnię podłoża dokładnie oczyszcza się metodami chemicznymi i przemywa bieżącą wodą dejonizowaną. Po tych operacjach podłoże staje się gotowe do epitaksjalnego wzrostu krzemu typu n. W ten sposób uzyskują tzw warstwa kolektora, która jest obecna w strukturach elementów aktywnych, i w tej samej warstwie powstają rezystory średniej wartości (5 kOhm, 10 kOhm); warstwa ta jest również obecna w strukturze kondensatora MIS.

Następnie przeprowadza się dyfuzję separacyjną w celu oddzielenia niektórych pierwiastków od innych. W tym celu powtarza się opisane wcześniej procesy: nałożenie warstwy dwutlenku krzemu, nałożenie fotomaski, połączenie z fotomaską (patrz załącznik), naświetlenie, wywołanie, usunięcie odsłoniętych obszarów fotomaski, wytrawienie warstwy dwutlenku krzemu w okienku fotomaski . Następnie dyfuzję separacyjną przeprowadza się poprzez domieszkowanie boru w warstwie epitaksjalnej na powierzchni podłoża.

Dla każdego elementu utworzono w ten sposób własną warstwę epitaksjalną. Następnie fosfor jest dyfundowany do warstwy epitaksjalnej, tworząc obszar bazowy. W tym celu powtarza się opisane wcześniej procesy: nałożenie warstwy dwutlenku krzemu, nałożenie fotomaski, połączenie z fotomaską, naświetlenie, wywołanie, usunięcie odsłoniętych obszarów fotomaski, wytrawienie warstwy dwutlenku krzemu w okienku fotomaski. Następnie przeprowadza się stapianie fosforem (patrz załącznik). Obszar bazowy służy jako baza dla elementów aktywnych i jako warstwa oporowa dla rezystorów.

Następnie tworzone są obszary, które służą jako obszar emitera dla elementów aktywnych; w przypadku rezystorów może on nie występować. Wcześniej wykonywany jest zestaw opisanych wcześniej procesów: nałożenie warstwy dwutlenku krzemu, nałożenie fotomaski, połączenie z fotomaską, naświetlenie, wywołanie, usunięcie odsłoniętych obszarów fotomaski, wytrawienie warstwy dwutlenku krzemu w okienku fotomaski. Następnie domieszkuje się antymonem (patrz załącznik), usuwa warstwę fotorezystu i dwutlenku krzemu, a następnie dokładnie oczyszcza powierzchnię.

Następnie kryształ jest gotowy do nałożenia izolacji zewnętrznej na jego powierzchnię i nałożenia aluminiowych przewodów na podstawę, kolektor i imitator kryształu. W tym celu powierzchnię kryształu dokładnie oczyszcza się i osadza azotek krzemu. Następnie nakłada się fotomaskę, łączy się z fotomaską, naświetla, wywołuje, usuwa naświetlone obszary fotomaski, w okienku fotomaski trawi się warstwę azotku krzemu i usuwa fotomaskę z całej powierzchni azotku krzemu.

Następnie na całą powierzchnię kryształu nanosi się stop aluminium i krzemu metodą napylania katodowego. Następnie wykonuje się fotolitografię i trawienie aluminium. W ten sposób następuje połączenie elektryczne elementów obwodu zgodnie ze schematem elektrycznym.

Całą powierzchnię kryształu należy dokładnie oczyścić i osuszyć poprzez odwirowanie. Następnie na powierzchnię kryształu nakłada się warstwę dwutlenku krzemu metodą utleniania monosilanem. W warstwie izolacyjnej wykonane są okna umożliwiające połączenie torów przewodzących prąd mikroukładu z zaciskami zewnętrznymi.

Wszyscy w mniejszym lub większym stopniu korzystamy z kart bankowych, społecznościowych i SIM, nie mówiąc już o biletach do metra. Wszystkie te rzeczy łączy jedno – ich działanie opiera się na mikrochipie. Mikroelektronika to jedna z najbardziej zaawansowanych technologicznie i wymagających wiedzy gałęzi przemysłu. Ponad 90% innowacji pojawiających się na świecie powstaje w wyniku rozwoju mikroelektroniki.

Wszystkie mikrochipy używane w Rosji powstają w jednym miejscu - w zakładzie w Zelenogradzie „NIIME i Mikron”, będącym częścią grupy firm SITRONICS Microelectronics.

Podstawą każdego mikroukładu lub chipa jest krzem.

Krzem przetwarza się na monokryształ. Jest cięty na płytki o grubości dwóch arkuszy papieru i średnicy 750 mikronów. Roślina kupuje go w tej formie.

Następnie w produkcji, w zależności od jej dalszego przeznaczenia, płyta jest przetwarzana (około 200–300 operacji) i cięta na małe kawałki o jednakowej wielkości. Na jednym waflu umieszczono kilkadziesiąt tysięcy żetonów o trójwymiarowej strukturze.

Najpierw płytkę oczyszcza się z kurzu w wodzie jonizowanej i poddaje działaniu specjalnych odczynników. Następnie poddawany jest obróbce cieplnej.

Płytki z mikrochipami transportowane są w pojemniku smif. Pojemnik chroni talerze przed wpływami zewnętrznymi i brudem. Kontener SMIF to mały „wyjątkowo czysty pokój”. Stworzyli klasę czystości wynoszącą właściwie 0,00 jednostki na metr sześcienny.

Sercem produkcji mikroelektroniki jest pomieszczenie czyste. Proces produkcji trwa całą dobę, nie zatrzymując się nawet w nocy. Prawie cały proces produkcji mikrochipów jest zautomatyzowany, co zmniejsza zapotrzebowanie na zasoby ludzkie.

Najważniejszym i podstawowym elementem rośliny jest czystość. Dla mikrochipa każda cząstka kurzu jest dla człowieka tym samym, co bruk. Można pracować wyłącznie w specjalnym kombinezonie, przebitym nicią węglową i posiadającym właściwości odpychające kurz. Pracownikom pracującym w pomieszczeniu czystym zabrania się noszenia kosmetyków. Ilość mikrocząstek w powietrzu kontrolowana jest za pomocą czterostopniowego systemu filtracji.

W zakładzie stosowane są dwa procesy technologiczne wytwarzania chipów: 90 nanometrów i 180. Oznacza to, że minimalny rozmiar element na chipie ma 90 nanometrów. Jeden nanometr równa się jednej miliardowej metra. Struktura 90 nm jest szybsza, bardziej energooszczędna i niezawodna. Został uruchomiony w lutym tego roku przy wsparciu Rusnano. Obciążenie linii 90 nm wynosi nadal tylko 25%, podczas gdy linii 180 nm wynosi 80%.

W projekcie rozwojowym dotyczącym produkcji chipów o wielkości 90 i 180 nanometrów wzięło udział ponad 70 firm z 17 krajów. Cały sprzęt, wszystkie materiały dostarczane są do zakładu z zagranicy.

Firmy współpracujące z SITRONICS Microelectronics

W momencie uruchomienia produkcji 90 nm podobną technologię posiadało jedynie 7 krajów na świecie. Jednak w Europie produkowane są już struktury 65, 43 i 32 nm, podczas gdy na razie mamy tylko 90 nm. Ale to oczywiście przełom. Uruchamiając produkcję chipów o poziomie topologicznym 90 nm, zmniejszyliśmy dystans do światowych liderów o 5 generacji technologicznych, co równa się dziesięciu zwykłym latom. Ponadto SITRONICS Microelectronics planuje rozpocząć rozwój krajowych technologii na poziomie 65 nm w 2013 roku.

Produkcja jest dla Rosji bardzo ważna i jedna z niewielu, gdzie możemy konkurować z zachodnimi producentami na krajowym rynku. Jednak, jak przyznają pracownicy zakładu, proces opracowywania nowych technologii w dużej mierze zależy od wsparcie państwa, więc pozostaje nam mieć nadzieję na najlepsze i czekać.

TECHNOLOGIA PRODUKCJI UKŁADÓW Scalonych

Układ scalony (IC) to urządzenie elektroniczne posiadające układ elementów obwodu elektrycznego o dużej gęstości, w którym wszystkie lub część elementów są utworzone i połączone elektrycznie na pojedynczym chipie półprzewodnikowym lub podłożu dielektrycznym.

Układ scalony to wieloskładnikowy zbiór kompozycji warstwowych na powierzchni lub w warstwie przypowierzchniowej solidny(półprzewodnik). O jego charakterystyce decydują właściwości cienkich warstw różnych materiałów, które z kolei w dużej mierze zależą od warunków ich powstawania, kolejności i rodzaju operacji technologicznych.

Zagadnienia rozwoju i produkcji układów scalonych rozpatrywane są w nowej gałęzi nauki i technologii - mikroelektronice, która zajmuje się badaniem technologicznym, fizycznym cechy konstrukcyjne elementy elektryczne i radiowe o wymiarach nie większych niż 1 mikron w co najmniej jednej współrzędnej.

Bardzo ważna kwestia Przy tworzeniu mikroukładów jest to opracowanie kompatybilnych ze sobą elementów i materiałów o stabilnych i powtarzalnych właściwościach cienkich warstw, a także ciąg operacji technologicznych prowadzących do powstania struktury wielowarstwowej, w której kolejne operacje nie mają szkodliwego wpływu wpływ na właściwości wcześniej utworzonych warstw.

W zależności od sposobu tworzenia kompozycji filmowych mikroukłady dzielą się na dwie klasy - hybrydowe układy scalone (HIC) i półprzewodnikowe układy scalone (IC).

Hybrydowy układ scalony - mikrominiaturowy urządzenie elektroniczne, którego elementy są nierozłącznie połączone konstrukcyjnie, technologicznie i elektrycznie na powierzchni podłoża dielektrycznego (szkło, ceramika). W technologii GIS elementy pasywne (rezystory, przewodniki, pola stykowe, kondensatory, warstwy dielektryczne i izolacyjne) powstają w jednym cyklu technologicznym w postaci folii metalowo-dielektrycznej na powierzchni podłoża. Elementy aktywne (diody, tranzystory), a w razie potrzeby także mikrominiaturowe, dyskretne elementy pasywne (kondensatory, cewki itp.) montowane są na powierzchni podłoża i łączone z innymi elementami.

W zależności od procesu technologicznego formowania elementów pasywnych, obwodów hybrydowych

Dzielą się na cienkowarstwowe i grubowarstwowe.

Technologia Goncofilm - sekwencyjne nakładanie cienkich (poniżej 1-2 μm) przewodników, styków, rezystorów, izolatorów na wspólną podstawę poprzez wzmacnianie mikrogeometrii elementów i ich połączeń (wzór topologiczny) lub w procesie osadzania przy użyciu szablonów (masek), jak a także zastosowanie wyraźnego lokalnego trawienia stałych warstw materiałów.

Kolejność operacji technologicznych przy produkcji cienkowarstwowego GIS według dwóch opcji pokazano na ryc. 19.1.

Technologia grubowarstwowa- sekwencyjne nakładanie poprzez szablony siatkowe i wypalanie past w podłożach ceramicznych w celach rezystancyjnych, przewodzących i dielektrycznych.

Pasty przewodzące i rezystancyjne są mieszaniną drobnego proszku metalu, szkła, które pełni rolę trwałego spoiwa, oraz cieczy organicznych, które zapewniają lepkość mieszaniny. Metal zapewnia tworzenie ścieżek przewodzących (srebro, złoto, platyna, pallad i ich stopy) lub rezystancyjnych (metale szlachetne i ich kompozycje z tlenkami).

Pasty do warstw izolacyjnych są mieszaniną szkła i cieczy organicznych.

Szablony siatkowe mają bardzo mały rozmiar komórek (około 50 mikronów). Zgodnie z wymaganą topologią obwodu, w niektórych obszarach szablonu komórki wypełnione są emulsją, papierem pigmentowym lub fotorezystem, co zabezpiecza podłoże przed wnikaniem pasty w te obszary. Pastę nanosi się za pomocą ruchomej rakli. Najpierw nakładana jest pasta przewodząca w celu wytworzenia proszków łączących, płytek kondensatorów i pól stykowych. Pasta jest suszona, a następnie pieczona w temperaturze 750-950°C. Następnie przez kolejny szablon nakłada się pastę rezystancyjną, którą wypala się w niższej temperaturze. W podobny sposób nakłada się i wypala pastę dielektryczną, tworząc warstwę dielektryczną w kondensatorach grubowarstwowych i na przecięciach przewodów.

Po utworzeniu topologii kolejność pozostałych operacji technologicznych jest podobna do procesów wytwarzania obwodów cienkowarstwowych.

Półprzewodnikowe (półprzewodnikowe) układy scalone są wytwarzane poprzez celową lokalną zmianę właściwości materiału podłoża półprzewodnikowego domieszkowanego domieszką.

Dodając domieszki w ściśle określonych miejscach i ilościach, możliwa jest zmiana właściwości przewodzących materiału podłoża z półprzewodników krzemowych i germanowych w bardzo szerokim zakresie – praktycznie od przewodnika do izolatora. Właściwość ta służy do otrzymywania w kryształach zarówno elementów aktywnych, jak i pasywnych. Zmiana właściwości następuje tylko w małej warstwie kryształu, równej kilku mikrometrom i tzw р-n- przejście, w którym łączą się dwie strefy o różnym przewodnictwie - dziura i elektron. Przyjrzyjmy się temu szczegółowo.

Pierwiastki chemiczne krzem i german mają cztery elektrony na zewnętrznej powłoce elektronowej, tj. ich wartościowość wynosi cztery. Wiadomo, że stan atomu jest bardziej stabilny, gdy na jego zewnętrznej powłoce znajduje się osiem elektronów. W niskich temperaturach w kryształach półprzewodników wszystkie elektrony są związane z atomami (nie ma elektronów ruchomych), a kryształ jest izolatorem.

Wraz ze wzrostem temperatury półprzewodnika poszczególne elektrony odrywają się od atomów, stają się ruchliwe i mogą tworzyć Elektryczność w krysztale po przyłożeniu do niego napięcia. Kiedy elektron zostaje usunięty z atomu, w powłoce atomu tworzy się wolna przestrzeń (dziura). Wolne elektrony dziury poruszają się losowo po krysztale.

Kiedy taki kryształ jest podłączony do obwodu elektrycznego, obserwuje się uporządkowany ruch elektronów od bieguna ujemnego do bieguna dodatniego. Kiedy wolny elektron napotyka dziurę, łączą się ponownie i ich ruch zatrzymuje się. To przewodnictwo nazywa się własną przewodność półprzewodnik.

Jeśli do kryształu krzemu lub germanu wprowadzi się niewielką ilość np. aluminium, wówczas przewodność domieszkowanego kryształu będzie głównie dziurowa. Taki kryształ nazywany jest półprzewodnikiem typu p.

Kiedy do krzemu i germanu wprowadzimy np. arsen, otrzymamy półprzewodnik o przewodnictwie elektronicznym, zwany półprzewodnikiem R-typ.

W krysztale półprzewodnikowym można jednocześnie utworzyć dwie strefy przy użyciu lokalnego domieszkowania: P-wpisz i N-typ. Granica między nimi nazywa się p-p- złącze, które może pełnić funkcję diody.

Tworzenie różnorodnych kombinacji р-n-przejścia uzyskuje się za pomocą elementów - diod, tranzystorów, rezystorów itp. Kombinacje dowolnej liczby elementów tworzą pożądany obwód, a ponieważ wszystkie są elementami jednego kryształu materiału półprzewodnikowego, uzyskuje się całkowicie monolityczną strukturę półprzewodnikową.

Podstawową technologią tworzenia półprzewodnikowych układów scalonych jest technologia epitaksjalno-płaska, wzdłuż którego najpierw utlenia się powierzchnię monokrystalicznej płytki półprzewodnikowej. Następnie przeprowadza się miejscowe trawienie warstwy tlenkowej i domieszkuje półprzewodnik poprzez otwarte w nim okienka. Domieszki dyfundują do podłoża z fazy gazowej w wysokiej temperaturze. Późniejsze utlenianie powoduje ponowne zamknięcie okien. Powtarzając operacje technologiczne utleniania, selektywnego trawienia i dyfuzji różnych zanieczyszczeń, można realizować różne elementy obwodu: diody, tranzystory, rezystancje i pojemności. Jednak elementy pojemnościowe ze względu na ich Duża powierzchnia i wysokie koszty operacji technologicznych praktycznie nie są stosowane w IS. Na jednej monokrystalicznej płytce półprzewodnikowej o średnicy około 100 mm powstaje jednocześnie nawet kilka tysięcy układów scalonych.

Kolejne operacje procesu technologicznego to: otrzymanie metodą naparzania próżniowego lub fotolitografii metalowych przewodników łączących elementy obwodu i pola stykowe, odrzucenie płytek według parametrów poszczególnych układów scalonych, pocięcie płytki na poszczególne układy, zamontowanie układu scalonego w obudowie , podłączenie pól stykowych do przewodów korpusu i uszczelnienie.

O wyborze technologii projektowania i wytwarzania układów scalonych decydują względy techniczne i ekonomiczne. Technologie grubowarstwowe i cienkowarstwowe wyróżniają się szerokimi możliwościami realizacji obwodów pod względem dokładności elementów. Ponadto charakteryzują się stosunkowo niskim kosztem przygotowania produkcji. Na ich podstawie można wykonać szeroką gamę diagramów małoseryjnych (specjalne GIS).

Dominujące zastosowanie technologii cienkowarstwowej w produkcji obwodów precyzyjnych tłumaczy się możliwością osiągnięcia wyższej rozdzielczości, dokładności i stabilności elementów obwodów.

Technologia grubowarstwowa charakteryzuje się nieco krótszym cyklem przygotowania produkcji i mniej skomplikowanym wyposażeniem technologicznym. Służy do otrzymywania stosunkowo prostych obwodów w urządzeniach sterowania numerycznego kontrola programu, KOMPUTER itp. Aby uzyskać GIS, w niektórych przypadkach technologia grubowarstwowa ma przewagę nad technologią cienkowarstwową.

Technologia półprzewodnikowych układów scalonych jest wykorzystywana do wytwarzania produktów masowych - cyfrowych obwodów komputerowych, mikroprocesorów, zegarków elektronicznych, maszyn liczących itp.

Szereg operacji technologicznych trzech głównych rodzajów technologii wytwarzania obwody scalone ma podobny charakter fizyczny, pomimo różnic w zastosowanych materiałach i sprzęcie.

w temacie: " Technologia wytwarzania półprzewodnikowych układów scalonych »

Dyscyplina: „Nauka o materiałach i materiały elektroniczne”

Ukończył uczeń grupy 31-R

Kozlov A. N.

Szef Koschinskaya E.V.

Orzeł, 2004

Wstęp

Część I. Przegląd analityczny

1.1 Układy scalone

1.3 Charakterystyka krzemu monokrystalicznego

1.4 Uzasadnienie stosowania krzemu monokrystalicznego

1.5 Technologia wytwarzania krzemu monokrystalicznego

1.5.1 Otrzymywanie krzemu o czystości półprzewodnikowej

1.5.2 Hodowla monokryształów

1.6 Mechaniczna obróbka krzemu monokrystalicznego

1.6.1 Kalibracja

1.6.2 Orientacja

1.6.3 Cięcie

1.6.4 Szlifowanie i polerowanie

1.6.5 Trawienie chemiczne płytek i podłoży półprzewodnikowych

1.7 Operacja dzielenia podłoży na płyty

1.7.1 Trasowanie diamentowe

1.7.2 Trasowanie laserowe

1.8 Rozbijanie płytek na kryształy

Część druga. Obliczenie

Wniosek

Bibliografia

Technologia wytwarzania układów scalonych to zespół mechanicznych, fizycznych i chemicznych metod przetwarzania różnych materiałów (półprzewodników, dielektryków, metali), w wyniku których powstaje układ scalony.

Wzrost wydajności pracy wynika przede wszystkim z doskonalenia technologii, wprowadzenia postępowości metody technologiczne, standaryzacja urządzeń i akcesoriów technologicznych, mechanizacja Praca fizyczna w oparciu o automatyzację procesów technologicznych. Znaczenie technologii w produkcji urządzeń półprzewodnikowych i układów scalonych jest szczególnie duże. To właśnie ciągłe doskonalenie technologii urządzeń półprzewodnikowych doprowadziło na pewnym etapie jej rozwoju do powstania układów scalonych, a następnie do ich powszechnej produkcji.

Produkcja układów scalonych rozpoczęła się około 1959 roku, w oparciu o zaproponowaną wówczas technologię planarną. Podstawą technologii planarnej było opracowanie kilku podstawowych metod technologicznych. Wraz z rozwojem metod technologicznych rozwój SI obejmował badania zasad działania ich elementów, wynalezienie nowych pierwiastków, doskonalenie metod oczyszczania materiałów półprzewodnikowych, prowadzenie ich badań fizykochemicznych w celu ustalenia tak ważnych właściwości jak graniczna rozpuszczalność zanieczyszczeń, współczynniki dyfuzji zanieczyszczeń donorowych i akceptorowych itp.

W krótkim okresie historycznym współczesna mikroelektronika stała się jednym z najważniejszych obszarów postępu naukowo-technicznego. Tworzenie dużych i bardzo dużych układów scalonych, mikroprocesorów i układów mikroprocesorowych umożliwiło zorganizowanie masowej produkcji szybkich komputerów elektronicznych, różne rodzaje sprzęt elektroniczny, sprzęt do sterowania procesami, systemy, systemy i urządzenia komunikacyjne automatyczna kontrola i regulacja.

Mikroelektronika rozwija się w dalszym ciągu w szybkim tempie, zarówno w kierunku udoskonalania technologii scalonych półprzewodników, jak i w kierunku wykorzystania nowych zjawisk fizycznych.

Część I . Recenzja analityczna

1.1 Układy scalone

W procesie rozwoju mikroelektroniki (ME) nazewnictwo układów scalonych ulega ciągłym zmianom. Obecnie głównym typem układów scalonych są układy półprzewodnikowe.

Klasyfikacja IP.

Klasyfikacji IP można dokonać wg różne znaki, ograniczmy się do jednego. W oparciu o metodę wytwarzania i powstałą strukturę wyróżnia się dwa zasadniczo różne typy układów scalonych: półprzewodnikowy i filmowy.

Półprzewodnikowy układ scalony to mikroukład, którego elementy są wykonane w przypowierzchniowej warstwie podłoża półprzewodnikowego. Te układy scalone stanowią podstawę nowoczesnej mikroelektroniki.

Filmowy układ scalony to mikroukład, którego elementy wykonane są w postaci różnego rodzaju folii osadzonych na powierzchni podłoża dielektrycznego. W zależności od metody osadzania folii i związanej z nią grubości, rozróżnia się IC cienkowarstwowe (grubość warstwy do 1-2 µm) i IC grubowarstwowe (grubość warstwy 10-20 µm i więcej).

Ponieważ jak dotąd żadna kombinacja warstw napylanych nie umożliwia otrzymania elementów aktywnych, takich jak tranzystory, układy scalone z folią zawierają wyłącznie elementy pasywne (rezystory, kondensatory itp.). Dlatego funkcje wykonywane przez układy scalone z czystej folii są niezwykle ograniczone. Aby przezwyciężyć te ograniczenia, układ scalony folii jest uzupełniany aktywnymi komponentami (pojedynczymi tranzystorami lub układami scalonymi) umieszczonymi na tym samym podłożu i połączonymi z elementami folii. Następnie otrzymujemy układ scalony zwany hybrydą.

Hybrydowy układ scalony (lub GIS) to chip będący połączeniem pasywnych elementów na bazie folii i komponentów aktywnych umieszczonych na wspólnym podłożu dielektrycznym. Dyskretne komponenty tworzące hybrydowy układ scalony nazywane są komponentami dodatkowymi, co podkreśla ich izolację od głównego cyklu technologicznego wytwarzania części filmowej obwodu.

Inny typ „mieszanego” układu scalonego, który łączy elementy zintegrowane półprzewodnikowe i foliowe, nazywa się kombinowanym.

Połączony układ scalony to mikroukład, w którym elementy aktywne są wykonane w przypowierzchniowej warstwie kryształu półprzewodnika (takiego jak półprzewodnikowy układ scalony), a elementy pasywne są osadzane w postaci folii na wstępnie izolowanej powierzchni tego samego kryształ (jak filmowy układ scalony).

Kompozytowe układy scalone są korzystne, gdy wymagane są wysokie wartości i wysoka stabilność rezystancji i pojemności; wymagania te są łatwiejsze do spełnienia w przypadku elementów foliowych niż w przypadku elementów półprzewodnikowych.

We wszystkich typach układów scalonych połączenia elementów realizowane są za pomocą cienkich metalowych pasków natryskiwanych lub osadzanych na powierzchni podłoża oraz w odpowiednich miejscach styku z łączonymi elementami. Proces nakładania tych pasków łączących nazywa się metalizacją, a sam „wzór” połączeń nazywa się metalowym okablowaniem.

W tym praca na kursie Rozważono technologię wytwarzania półprzewodnikowych płytek drukowanych. Półprzewodnikowy układ scalony to mikroukład, którego elementy wykonane są w warstwie przypowierzchniowej podłoża półprzewodnikowego. Te układy scalone stanowią podstawę nowoczesnej mikroelektroniki. Wymiary kryształów nowoczesnych półprzewodnikowych układów scalonych sięgają 20x20 mm, im większa jest powierzchnia kryształu, tym więcej można na nim umieścić wieloelementowego układu scalonego. Przy tej samej powierzchni kryształu można zwiększyć liczbę elementów, zmniejszając ich rozmiary i odległości między nimi.

1.2 Wymagania dotyczące podłoży półprzewodnikowych

Półprzewodniki w postaci płytek lub dysków wyciętych z monokryształów nazywane są podłożami. Elementy mikroukładów powstają w swojej objętości i na powierzchni za pomocą trawienia, utleniania, dyfuzji, epitaksji, implantacji, fotolitografii i innych metod technologicznych. urządzenia elektryczne i urządzenia.

O jakości powierzchni podłoża decyduje jej mikrorzeźba (chropowatość), krystaliczna doskonałość warstw wierzchnich oraz stopień ich czystości fizycznej i chemicznej. Powierzchnię podłoża charakteryzuje niepłaskość i nierównoległość. Wysokie wymagania prezentowane są także na odwrotnej – niepracującej stronie podłoża. Nierówna i nierówna obróbka obu stron podłoża prowadzi do dodatkowych naprężeń mechanicznych i deformacji kryształu, co powoduje wyginanie się płytek.

Po obróbce mechanicznej w cienkiej, przypowierzchniowej warstwie podłoża pojawia się uszkodzona warstwa. W głębi można go podzielić na charakterystyczne strefy. Dla kryształów Ge, Si, GaAs i innych, po cięciu i szlifowaniu, na głębokości 0,3...0,5 średniej wysokości nieregularności powstaje strefa reliefowa, w której występują tego samego rodzaju zaburzenia i defekty pojedynczego -obserwuje się strukturę kryształu: wióry monokryształowe, nierozdrobnione bloki, pęknięcia, wypukłości i wgłębienia różnej wielkości. Po cięciu defekty lokalizują się głównie pod śladami krawędzi tnącej tarczy diamentowej w postaci równoległych śladów nawarstwień defektów w szlifowanych kryształach, równomiernie na przekroju. Pierwsza warstwa przy polerowaniu wykazuje stosunkowo mniejsze nierówności powierzchni niż przy szlifowaniu i w odróżnieniu od powierzchni szlifowanej jest amorficzna. Druga warstwa również jest amorficzna, jej głębokość jest 2...3 razy większa niż nierówności powierzchni. Trzecia warstwa ma charakter przejściowy od struktury amorficznej do niezakłóconego monokryształu i może zawierać odkształcenia sprężyste lub plastyczne, przemieszczenia, a w niektórych przypadkach pęknięcia. W procesie obróbki i przygotowania powierzchni podłoży półprzewodnikowych konieczne jest stworzenie doskonałych powierzchni wysoki stopień płaskorównoległość przy danej orientacji krystalograficznej, Z całkowity brak uszkodzonej warstwy, minimalna gęstość defektów powierzchniowych, dyslokacji itp. Zanieczyszczenie powierzchni powinno być minimalne.

3 Charakterystyka krzemu monokrystalicznego

Właściwości fizykochemiczne krzemu

1. Optymalna wartość pasma wzbronionego, która określa odpowiednio niskie stężenie nośników wewnętrznych i wysoką temperaturę pracy.

2. Duży zakres faktycznie osiągalnych rezystancji od 10 -3 Ohm-cm (zdegenerowana) do 10 5 (bliska rezystancji wewnętrznej).

3.Wysoki moduł sprężystości, znaczna sztywność (większa niż np. stal).

Właściciele patentu RU 2244364:

Zastosowanie: w mikroelektronice, przy produkcji mikroukładów. Istota wynalazku: sposób wytwarzania k sztuk mikroukładów polega na tym, że n sztuk elementów instaluje się na wspólnej podstawie dielektrycznej z zewnętrznymi wyprowadzeniami. Następnie nakładana jest masa uszczelniająca, która otulając elementy, rozprowadza się po powierzchni wspólnej podstawy dielektrycznej z zewnętrznymi wyprowadzeniami, utrzymywanej na niej siłami napięcia powierzchniowego. Powstały w ten sposób pojedynczy przedmiot dzieli się na części, uzyskując k sztuk mikroukładów. Rezultatem technicznym wynalazku jest stworzenie grupowego sposobu wytwarzania mikroukładów bez użycia urządzeń tworzących indywidualną obudowę mikroukładu. 2 chory.

Wynalazek dotyczy dziedziny mikroelektroniki i może być stosowany do produkcji mikroukładów.

Jako prototyp wybrano metodę wytwarzania mikroukładów polegającą na zamontowaniu n elementów na kryształowych uchwytach ołowianych połączonych zewnętrzną ramką. Kryształowe uchwyty przewodów wraz z elementami umieszcza się w oprawce posiadającej k wnęk tworzących indywidualną obudowę mikroukładu, które następnie wypełnia się masą uszczelniającą. Po oddzieleniu tego pinu od ramy zewnętrznej uzyskuje się k kawałków mikroukładów.

Celem wynalazku jest stworzenie grupowego sposobu wytwarzania mikroukładów bez użycia urządzeń formujących.

Cel ten osiąga się poprzez zainstalowanie n elementów na wspólnej podstawie dielektrycznej z zewnętrznymi wyprowadzeniami. Montaż elementów oznacza ich mechaniczne zamocowanie na wspólnej podstawie dielektrycznej i połączenie elektryczne z zaciskami zewnętrznymi oraz między sobą, zgodnie z przeznaczeniem funkcjonalnym mikroukładu. Elementami mogą być kryształy półprzewodnikowe, elementy elektroniczne w postaci folii i/lub chipa. Opisana metoda umożliwia jednoczesne wytwarzanie w jednej grupie mikroukładów o różnej liczbie elementów i/lub różnej cel funkcjonalny. Ogólnie rzecz biorąc, liczba elementów wynosi n≤k. Następnie metodą np. przez zanurzanie nanosi się masę uszczelniającą tak, aby otulając montowane elementy rozpływała się po powierzchni wspólnej podstawy dielektrycznej z zewnętrznymi wyprowadzeniami, utrzymywanej na niej siłami napięcia powierzchniowego. Masa uszczelniająca nałożona podobnymi metodami pokrywa całą powierzchnię wspólnej podstawy dielektrycznej z zewnętrznymi wyprowadzeniami w ciągłej warstwie. Powstały w ten sposób pojedynczy przedmiot obrabiany dzieli się np. poprzez pocięcie materiałem ściernym za pomocą drutu na części, uzyskując k sztuk mikroukładów.

Rysunek 1 pokazuje sekwencję operacji technologicznych przy wytwarzaniu mikroukładów, n sztuk elementów 1 instaluje się na wspólnej podstawie dielektrycznej 2 z zewnętrznymi wyprowadzeniami 3. Masę uszczelniającą 4 otaczającą instalowane elementy 1 nakłada się na wspólną podstawę dielektryczną 2. Utworzony w ten sposób pojedynczy przedmiot 5 jest dzielony na części 6, uzyskując k kawałków mikroukładów 7. Dzięki siłom napięcia powierzchniowego górna część obudowy pojedynczego mikroukładu może być uformowana płasko lub w kształcie kopuły, w zależności od szerokości wspólnej podstawy dielektrycznej przy przewodach zewnętrznych ilość nałożonej masy uszczelniającej i jej lepkość (rys. 2).

Źródła informacji

1. Patent USA nr 5317189, rozdz. H 01 L 23/48, 31.05.94.

Sposób wytwarzania k sztuk mikroukładów, znamienny tym, że n sztuk elementów instaluje się na wspólnej podstawie dielektrycznej z zewnętrznymi wyprowadzeniami, na powierzchnię której następnie nakłada się masę uszczelniającą w taki sposób, że otaczając montowane elementy rozpływa się ona po powierzchni powierzchnia wspólnej podstawy dielektrycznej z zewnętrznymi wyprowadzeniami, trzymająca się. Pod wpływem sił napięcia powierzchniowego tak utworzony pojedynczy przedmiot jest dzielony na części.

Podobne patenty:

Wynalazek dotyczy wytwarzania urządzeń półprzewodnikowych i może być stosowany do tworzenia struktur „krzem na szafirze” przeznaczonych do wytwarzania urządzeń dyskretnych i układów scalonych odpornych na czynniki destabilizujące, takie jak promieniowanie.

Wynalazek dotyczy technologii półprzewodników i może być zastosowany w nowych zastosowaniach proces technologiczny: wytwarzanie struktur typu krzem na izolatorze lub krzem na arsenku galu (poprzez tlenek) poprzez bezpośrednie łączenie płytek półprzewodnikowych.

Wynalazek dotyczy uchwytów elektroprzylepnych i jest przeznaczony do mocowania płyt i podłoży wykonanych z materiałów elektrycznie przewodzących i dielektrycznych podczas obróbki, zorientowanego rozdzielania na poszczególne kryształy oraz przygotowania do czynności montażowych i instalacyjnych.

Wynalazek dotyczy dziedziny nanotechnologii półprzewodników i może być stosowany do precyzyjnego wytwarzania cienkich i ultracienkich warstw półprzewodników i dielektryków w mikro- i optoelektronice, w technologiach formowania elementów pamięci komputerowych

Wynalazek dotyczy technologii półprzewodnikowej i jest przeznaczony do montażu mozaikowych modułów fotodetektorów. W metodzie kształtowania krawędzi wiórów dla mozaikowych modułów fotodetektorów na płaską stronę płytki urządzenia nanosi się powłokę ochronną, po czym za pomocą lasera wykonuje się trasowanie i rozłupywanie płyty urządzenia. Powłoka ochronna nanoszona jest o grubości zapewniającej absorpcję promieniowania laserowego o gęstości energii niższej niż próg topnienia w materiale powłoki ochronnej i zapobiegającej jego oddziaływaniu na materiał półprzewodnikowy. Trasowanie tworzące twarz odbywa się w trybie wieloprzebiegowym. W każdym przejściu tablicy przyrządów prędkość jej ruchu dobierana jest na podstawie warunku nieobecności na powierzchni duże obszary stopienie materiału z powodu nakładania się plam świetlnych z promieniowania pulsacyjnego, a także brak zmniejszenia szerokości rowka w wyniku osadzania się stopu. Podczas trasowania tworzy się symetryczny rowek w kształcie litery V, kierując promieniowanie prostopadle do powierzchni płytki instrumentu i uzyskując rowek, którego ścianki tworzą kąt rozwarty α z powierzchnią płytki instrumentu lub asymetryczny kształt litery V, poprzez odchylenie osi optycznej układu laserowego generującego promieniowanie wymagane do trasowania od normalnej do powierzchni płytki instrumentu w kierunku poprzecznym powstającego rowka, uzyskanie rowka ze ścianką od strony wióra tworzącą kąt z powierzchnia tablicy przyrządów mniejsza niż α i nie większa niż 180°-α. Dzięki temu osiąga się wzrost efektywności konwersji obrazu w module fotodetektora mozaikowego i poszerza się zakres jego zastosowań. 5 pensja f-ly, 9 ill., 2 ave.

Wynalazek dotyczy mikroelektroniki i może być stosowany w produkcji urządzeń elektronicznych. W sposobie wytwarzania urządzenia półprzewodnikowego w płytce półprzewodnikowej przebija się otwory przelotowe, powierzchnie otworów, powstałe chipy, przednią i tylną powierzchnię płytki półprzewodnikowej selektywnie pokrywa się warstwą izolacyjną, metalowe przewodniki są nakładany na wierzch warstwy izolacyjnej, niezbędny do przeprowadzenia elektrycznego treningu cieplnego i całkowitej kontroli wszystkich kryształów, po elektrycznym treningu cieplnym i W celu pełnej kontroli wafelek jest cięty na kryształy, odpowiednie służą do pakowania. Wynalazek zapewnia grupowe szkolenie elektryczne i termiczne oraz pełną kontrolę kryształów w płytce półprzewodnikowej, co znacznie obniża koszty produkcji urządzeń półprzewodnikowych. 8 pensja f-ly, 5il.

Grupa wynalazków dotyczy bloku konstrukcyjnego posiadającego tor laserowy będący linią inicjacji pękania, na który składają się wgłębienia uzyskane od wiązki lasera w celu przygotowania do późniejszego podziału tego bloku konstrukcyjnego na poszczególne elementy konstrukcyjne. Dzięki temu przy podziale na oddzielne części pęknięcie następuje zawsze wzdłuż tej ścieżki lasera, zapobiega się pęknięciom odbiegającym od ścieżki lasera, a po rozbiciu powstają gładkie i pozbawione odprysków krawędzie pęknięć. Ponadto odległość pomiędzy dwoma sąsiednimi wgłębieniami od lasera jest mniejsza lub równa odpowiednio średnicy tych wgłębień od lasera, mierzonej na powierzchni bloku konstrukcyjnego. W tym przypadku tor laserowy jest połączony z wgłębieniem w osobnym miejscu element konstrukcyjny. 2 rz. i 10 pensji f-ly, 6 chory.

Wynalazek dotyczy sposobów wytwarzania struktur wysokoczułych wieloelementowych półprzewodnikowych przetworników obrazu – fotodetektorów wieloelementowych. Wynik techniczny polega na opracowaniu niezawodnego procesu otwierania okienek stykowych, który minimalizuje prawdopodobieństwo zwarcia metalowych elektrod pól stykowych z podłożem krzemowym i zmniejsza wymagania dotyczące dopuszczalnej wartości rezystancji powierzchniowej dielektryka bramki, zapewniając w ten sposób znaczny wzrost wydajności odpowiednich fotodetektorów. Sposób wytwarzania bardzo czułego wieloelementowego półprzewodnikowego przetwornika obrazu obejmuje etap wytwarzania płytki instrumentu, etap łączenia płytki instrumentu z płytką nośną i etap przetwarzania. Odwrotna strona tablica przyrządowa, etap otwierania okien stykowych, etap podziału na wióry i formowania wyprowadzeń zewnętrznych. Na etapie otwierania okienek stykowych w warstwie krzemowej płytki urządzenia znajdującej się nad polami kontaktowymi wytrawia się najpierw okienka, stosując głównie wytrawiacze alkaliczne, a następnie okienka stykowe w warstwy dielektryczne znajdujące się nad polem kontaktowym otwierane są głównie metodą reaktywnego trawienia jonowego przy użyciu węglowodorów podstawionych fluorem jako środków trawiących. 5 chory.

Zastosowanie: do tworzenia kanałów mikro- i submikronowych w krysztale krzemu. Istota wynalazku polega na tym, że sposób tworzenia mikrokanalików o średnicach mikronowych i submikronowych w krysztale krzemu za pomocą impulsów laserowych polega na przebiciu metodą laserową otworu w krysztale krzemu poprzez umieszczenie ogniska na powierzchni kryształu i wieloetapowy ruch tej plamki w kierunku wejściowej powierzchni kryształu, natomiast do uzyskania mikrokanalików o średnicach mikronowych i submikronowych w krysztale krzemu wykorzystuje się femtosekundowy laser chromowo-forsterytowy na podczerwień oraz wielostopniowy ruch ogniska w kierunku powierzchni wejściowej kryształu odbywa się przy długości fali promieniowania 1240 nm, przy której długość ścieżki fotonu w strukturze krzemowej wynosi 1 cm, a energia kwantowa jest mniejsza niż pasmo wzbronione. Wynik techniczny: zapewnienie możliwości uproszczenia metody tworzenia kanałów mikro- i submikronowych w krysztale krzemu w celu stworzenia chipów, które mają zdolność chłodzenia wewnętrznych słów struktury.

Wynalazek dotyczy technologii wytwarzania modułów wielochipowych, mikrozespołów z wewnętrznym mocowaniem podzespołów. Wynik techniczny - zmniejszenie pracochłonności produkcji, ekspansja funkcjonalność i zwiększenie niezawodności elementów mikroelektronicznych. Osiąga się to poprzez fakt, że w sposobie wytwarzania jednostki mikroelektronicznej na podłożu z tworzywa sztucznego, przed zainstalowaniem rozpakowanych kryształów i elementów chipowych, okrągła płytka jest połączona wzdłuż jej zewnętrznej części z metalowym pierścieniem nośnym i cienką warstwą krzemoorganicznego stosuje się polimer. Instaluje się rozpakowane elementy chipa, skupiając się na wcześniej utworzonym wzorze topologicznym i uszczelnia je polimerem krzemoorganicznym, uzyskując grubość polimeru równą wysokości pierścienia. Podstawa - okrągła blaszana płytka - jest usuwana, a dodatkowa okrągła metalowa płytka jest mocowana z tyłu jednostki mikroelektronicznej. Przełączanie odbywa się metodą próżniowego osadzania metali lub fotolitografii. Nakłada się warstwę dielektryczną, drugą warstwę metalizacyjną i warstwę ochronną z polimeru krzemoorganicznego. Na pola wyjściowe zespołu mikroelektroniki nakłada się pastę lutowniczą, usuwa się dodatkową okrągłą blaszkę z pierścieniem, a zespół mikroelektroniki wycina się z oprzyrządowania technologicznego. 1 chory.

Wynalazek dotyczy dziedziny mikroelektroniki i może być stosowany do produkcji mikroukładów