Principalul material pe baza căruia sunt fabricate circuitele integrate semiconductoare este siliciul, deoarece pe baza acestuia este posibil să se obțină o peliculă de dioxid de siliciu cu performanță ridicată și metode relativ simple.

În plus, ar trebui să țineți cont de alte avantaje ale siliciului în comparație cu germaniul: o bandă interzisă mai mare și, prin urmare, o influență mai mică a temperaturii, curenți inversi mai mici ai purtătorilor de sarcină minoritari; constantă dielectrică mai mică, prin urmare, capacități de barieră mai mici, toate celelalte lucruri fiind egale.

Pentru a da siliciului un anumit tip de conductivitate, impuritățile donor și acceptor sunt introduse în cristal, drept urmare în fiecare regiune a siliciului P sau N există purtători de sarcină majoritari și minoritari. Mișcarea purtătorilor de sarcină în structurile IC semiconductoare are loc ca de obicei: fie sub formă de difuzie datorită diferenței de concentrație a purtătorilor de sarcină, fie sub formă de derivă sub influența forțelor câmpului electric. În joncțiunile PN rezultate apar fenomenele obișnuite descrise mai devreme.

Tehnologia principală pentru fabricarea circuitelor integrate semiconductoare este plană. Proprietățile circuitelor integrate sunt în mare măsură determinate de tehnologia creării lor.

Să luăm în considerare doar câteva caracteristici ale utilizării tehnologiei planare în fabricarea circuitelor integrate.

Curățarea suprafețelor. Trebuie avut în vedere faptul că orice contaminare a suprafeței substratului va afecta negativ proprietățile IC și fiabilitatea acestuia. De asemenea, este necesar să se țină cont de faptul că dimensiunile elementelor IC sunt comparabile cu cea mai mică bucată de praf. De aici și necesitatea curățării cât mai minuțioase a suprafeței. Curățarea se efectuează folosind solvenți organici, pentru o curățare mai minuțioasă, se folosesc metode cu ultrasunete, deoarece vibrația accelerează dizolvarea contaminanților. În etapa finală, napolitanele de siliciu sunt spălate cu apă deionizată.

Oxidarea termică a suprafeței. Se realizează pentru a crea un strat protector pe suprafața plachetei, protejând suprafața de influențele mediului în timpul procesului de creare a IC. În circuitele integrate bazate pe tranzistoare MOS, pelicula obținută prin oxidare servește drept dielectric pentru poartă.

Aliere. Aceasta este introducerea de impurități în siliciu pur pentru a produce joncțiuni pentru a crea structuri de diode și tranzistori. Există două moduri de dopaj - folosind difuzia și introducerea de ioni de impurități.

Recent, metoda de implantare ionică a fost utilizată pe scară largă datorită unui număr de avantaje, în primul rând temperaturi mai scăzute în comparație cu metoda difuziei.

Esența metodei este introducerea ionilor de impurități într-o plachetă de siliciu pur, care ocupă locuri în nodurile rețelei cristaline. Ionii de impurități sunt creați, accelerați, focalizați și deviați în instalații speciale și, căzând pe suprafața plăcii, o bombardează, introducându-se în structura cristalină a rețelei. Deviația este produsă într-un câmp magnetic. Să ne amintim că raza de deviere depinde de masa particulelor încărcate. Prin urmare, dacă există ioni străini în fasciculul focalizat, aceștia se vor abate de-a lungul altor traiectorii și se vor separa de fasciculul principal al impurității donor sau acceptor. Acesta este un alt avantaj al acestei metode - puritatea ridicată a impurităților.

Fotolitografie. Vă permite să obțineți un aranjament dat de elemente și este unul dintre cele mai caracteristice procese tehnologice pentru crearea unui IC. Să ne amintim că fotolitografia se bazează pe utilizarea proprietăților fotosensibile ale materialelor speciale numite fotorezistenți.

Pe măsură ce tehnologia IC se dezvoltă, dezavantajele inerente devin din ce în ce mai semnificative. această metodă: posibilitatea de a obtine dimensiuni minime ale modelului pe fotomasca si contactul mecanic al fotomastii cu waferul semiconductor duce la deformarea modelului.

Recent, a fost dezvoltată metoda litografiei electronice. Se bazează pe mișcarea unui fascicul de electroni focalizat pe suprafața unei plachete acoperite cu rezistență. Curentul fasciculului este controlat de tensiune, care variază în funcție de locul în care se află fasciculul de pe suprafață. Dacă este necesar să se obțină o fereastră, curentul fasciculului este maxim în acele zone care ar trebui să rămână neschimbate, curentul fasciculului este aproape de zero.

Metalizare pentru crearea de conexiuni în circuit în circuite integrate. Conexiunile în circuit în circuite integrate sunt realizate folosind filme subțiri de metal depuse pe oxid de siliciu, care este un izolator. Aluminiul, care are o conductivitate specifică ridicată, lipsă de coroziune și permite posibilitatea unor contacte sudate cu cabluri externe, s-a dovedit a fi cel mai potrivit pentru cerințele de bază pentru elementul de conectare pentru circuite integrate.

Crearea reliefului dorit al îmbinărilor metalice are loc folosind fotolitografie. Pe suprafața oxidului de siliciu se aplică o peliculă continuă de aluminiu. Filmul este acoperit cu fotorezist, o fotomască este plasată deasupra acestuia, iar apoi aluminiul este gravat, lăsând doar dungi care creează contacte adecvate cu straturile de substrat în ferestrele realizate anterior care au fost create pentru a obține structura dorită a stratului în IC.

O analiză a principalelor operațiuni arată că toate se reduc la trei principale - tratament termic, tratament chimic și fotolitografie. Crearea unei pelicule de dioxid de siliciu care protejează joncțiunile de mediu în timpul procesului de creare a circuitului integrat este un factor important în asigurarea stabilității parametrilor și a fiabilității circuitului integrat.

Schimbând modelul fotomăștii și modul de tratament termic, puteți crea diferite circuite IC. Principalele structuri pentru fabricarea elementelor IC sunt tranzistoarele bipolare și MOS.

Principiul formării structurilor de microcircuite. Igienă electronică cu vid

Principiile de bază ale tehnologiei integrate. Principiul localității. Principiul stratificarii. Prăfuirea aerului. Temperatura și umiditatea aerului. Curățenia spațiilor și a volumelor locale. Camere curate modulare.

Apa, gazele și mediile gazoase utilizate în producția de circuite integrate

Necesitatea de a folosi apă curată, gaz și amestecuri de gaze. Curatenia echipamentelor, a spatiilor si igiena personala a lucratorilor.

Cerințe pentru procesele tehnologice. Cerințe pentru condițiile de producție a dispozitivelor microelectronice

Fiabilitate. Economic. Siguranţă. Fabricabilitatea. Necesitatea de a dezvolta proiectare și documentație tehnologică.

Pregătirea lingourilor și tăierea lor în farfurii

Orientarea lingoului. Formarea tăieturii de bază. Tăierea lingourilor în farfurii.

Prelucrarea plăcilor. Materiale și scule abrazive

Necesitatea și esența prelucrării plăcilor. Materiale și unelte abrazive utilizate la șlefuirea și lustruirea plăcilor.

Plăci de șlefuire și teșire, lustruire

Plăci de măcinat. Plăci de lustruit. Teșire. Metode și tehnologie

9Controlul calității plachetelor și substraturilor după prelucrare

Măsurarea dimensiunilor geometrice ale plăcilor după prelucrare. Controlul calității suprafețelor plăcilor. Măsurarea înălțimii micro-neregulilor pe o farfurie.

10 Curățarea farfuriilor. Metode și mijloace

Clasificarea contaminanților și metodele de curățare. Degresarea prin imersie, jet etc. Metode de monitorizare a curățeniei suprafeței plăcilor.

11 Tratarea chimică și curățarea suprafeței plăcilor. Intensificarea proceselor de curățare

Degresare în solvenți, degresare în vapori de solvenți, degresare în pulberi de detergent, în alcalii, în soluții de peroxid de amoniac. Degresare cu ultrasunete, curatare hidromecanica, spalare cu jet, fierbere etc.

Gravura pe placă

Cinetica gravării siliciului. Gravura selectivă și lustruire. Dependența vitezei de gravare de proprietățile materialelor utilizate.

13 Curățătorie chimică. Descărcări de gaze la presiune joasă

Raportul de pulverizare. Trăsături distinctive ale gravurii. Gravarea cu fascicul de ioni.

14 Metode de gravare cu plasmă

Fizica procesului de gravare ionică. Eficiența pulverizării de suprafață. Gravare în camere de diodă și triodă. Caracteristicile designului lor, avantaje și dezavantaje.

15 Gravare ion-plasmă și ion-beam.

Metode reactive de gravare cu plasmă: gravura ion-beam și ion-plasmă. Gravarea cu plasmă folosind amestecuri care conțin gaze.

16 Gravare chimică cu plasmă, gravare cu ioni reactivi

Gravura cu plasmă. Gravura plasma-chimică radicală. Gravarea cu plasmă ionică reactivă și gravarea cu fascicul de ioni Anizotropia și selectivitatea gravării.

17 Factori care determină viteza și selectivitatea gravării

Energia și unghiul de incidență al ionilor. Compoziția gazului de lucru. Presiune, densitate de putere și frecvență. Debitul. Temperatura suprafeței tratate.

18Controlul calității napolitanelor și substraturilor

Controlul suprafeței plăcilor. Controlul calității curățării suprafețelor (metoda punctului luminos, metoda picăturii, metoda tribometrică, metoda indirectă).

19Fotolitografie. Fotorezistenți. Operatii de fotolitografie

Activ rezista. Procese fotochimice care apar în fotorezist în timpul iradierii fotorezistelor negative și pozitive. Caracteristicile operațiunilor pentru obținerea unui model pe film fotorezistent.

20Tehnologia operațiilor fotolitografice

Metode și esența operației de fotolitografie. Moduri de procesare a filmului fotorezistent și necesitatea de a le respecta cu strictețe.

21Fotolitografie fără contact. Limitări ale fotolitografiei de contact. Fotolitografie de proiecție

Fotolitografie cu microgap. Fotolitografie de proiecție cu transfer de imagine 1:1 și reducerea imaginii. Limitări fizice și tehnice ale fotolitografiei de contact.

22 Pulverizare termică cu vid

Formarea vaporilor unei substanțe. Propagarea aburului de la sursă la substrat. Condens de abur pe suprafața substratului. Formarea unei pelicule subțiri. Tehnica de pulverizare cu vid termic. Avantajele și dezavantajele metodei.

Opțiuni pentru metode de producere a filmelor de oxid pe plachete de siliciu

Oxidare termică la presiune ridicată. Oxidare termică cu adaos de vapori de acid clorhidric. Selectarea modurilor și condițiilor de creștere a oxidului termic.

26Proprietățile dioxidului de siliciu

Structura dioxidului de siliciu Factori care afectează porozitatea dioxidului de siliciu.

Metalizarea structurilor

Cerințe pentru contacte ohmice, căi de transport de curent și plăcuțe de contact. Tehnologia și caracteristicile metalizării structurilor.

Pregătirea structurilor semiconductoare pentru asamblare

Controlul structurilor finite pe baza parametrilor electrici. Lipirea plăcilor pe medii adezive. Cerințe pentru procesul de separare a plachetelor în cristale. Marcare cu diamant și laser a plachetelor și substraturilor. Plăci de marcat cu un tăietor cu diamant. Caracteristicile procesului, avantaje și dezavantaje.

61 Metode de separare a plăcilor orientate

Separarea plăcilor în cristale menținând în același timp orientarea lor. Caracteristicile procesului tehnologic. Avantajele și dezavantajele tăierii pe disc. Rupând plăci. Separarea plăcilor fără rupere ulterioară

Shatalova V.V.

Întrebări pregătite de profesor

1. Malysheva I.A. Tehnologia de producere a circuitelor integrate. – M.: Radio și comunicare, 1991

2. Zi S. Tehnologia VLSI. – M.: Mir, 1986

3. Till W., Lacson J. Circuite integrate, materiale, dispozitive, fabricație. – M.: Mir, 1985.

4. Maller R., Kamins T. Elemente de circuite integrate. – M.: Mir, 1989.

5. Koledov L.A. Tehnologie și design de microcircuite, microprocesoare și microansambluri - M.: Lan-press LLC, 2008.

6. Onegin E.E. Montaj automat al IP - Mn.: Liceu, 1990.

7. Cerniaev V.N. Tehnologia producției de circuite integrate și microprocesoare. – M.: Radio și comunicare, 1987

8. Parfenov O.D. Tehnologia microcircuitelor, - M.: Liceu, 1986.

9. Turtsevici A.S. Filme de siliciu policristalin în tehnologia de producție a circuitelor integrate și a dispozitivelor semiconductoare. – Mn.: Bel Nauka, 2006.

10. Shchuka A.A. Nanoelectronica. – M.: Fizmatkniga, 2007.

Caracteristici generale ale tehnologiei de producere a microcircuitelor

Concepte de bază. Clasificarea și caracteristicile circuitelor integrate (CI). Principalele etape ale tehnologiei de fabricație IC, scopul și rolul lor. Principiile tehnologiei integrate, metode de fabricare a structurilor de microcircuite, caracteristici ale tehnologiei de producție IC.

4 Fabricarea circuitelor integrate

Circuit integrat (IC, microcircuit), cip, microcip (microcip în engleză, cip de siliciu, cip) - o placă subțire, ruptă, tăiată din ceva - inițial termenul se referea la o placă a unui cristal de microcircuit) - un dispozitiv microelectronic - un circuit electronic de complexitate arbitrară, fabricat pe un cristal semiconductor (sau film) și plasat într-o carcasă neseparabilă.

Adesea, un circuit integrat (IC) este înțeles ca cristalul sau filmul real cu un circuit electronic, iar un microcircuit (MC) este un IC închis într-o carcasă. În același timp, expresia „componente de cip” înseamnă „componente de montare la suprafață”, spre deosebire de componentele tradiționale lipite prin orificii traversante. Prin urmare, este mai corect să spunem „microcircuit cu cip”, adică un microcircuit montat pe suprafață. Începând cu 2009, majoritatea microcircuitelor sunt fabricate în pachete de montare la suprafață.

Circuite integrate moderne concepute pentru montare la suprafață

Microcircuite digitale sovietice și străine

4.1 Tehnologie pentru producerea dispozitivelor semiconductoare și a circuitelor integrate

Tehnologia de producție a semiconductoarelor se bazează în prezent pe procese complexe de prelucrare de precizie precum litografia foto și electronică, oxidarea, pulverizarea ion-plasmă, implantarea ionilor, difuzia, compresia termică etc. Materialele utilizate în producția de dispozitive și microcircuite sunt supuse unor înalte cerințe pentru puritatea și perfecțiunea structurii. Pentru efectuarea majorității operațiunilor tehnologice se folosesc echipamente unice: optic-mecanic, termic, cu fascicul ionic. Procesele sunt efectuate în încăperi speciale fără praf, cu umiditate și temperatură specificate.

4.2 Traseul tehnologic

O rută tehnologică este o secvență de operații tehnologice pentru procesarea plăcilor semiconductoare utilizate pentru fabricarea unui anumit tip de PCB sau IC. Un document care conține o descriere a traseului este o hartă a rutei. Vă permite să judecați mișcarea dispozitivului fabricat prin toate operațiunile, indică echipamente, materiale, standarde de muncă și controale. Implementarea fiecărei operațiuni tehnologice este reglementată de o hartă operațională care conține o descriere a operațiunii care indică modurile tehnologice de fabricare a unei structuri sau a echipamentelor tehnologice Procesele tehnologice pentru fabricarea diferitelor PCB-uri și circuite integrate sunt diverse de operații tehnologice generale pot fi identificate și secvența lor este aproximativ aceeași O cale tipică pentru fabricarea unui PCB sau IC plenar, se determină o secvență a unui număr de operații de bază.

1. Pregătirea plăcilor. Plachetele semiconductoare originale - structuri epitaxiale, de exemplu, tip I-I+, sau substraturi monocristaline cu conductivitate electrică de tip n sau p, obținute ca produs semifabricat de la producător, sunt supuse curățării, spălării, gravării. pentru a le îndepărta de pe plăcile de suprafață a particulelor de murdărie și praf. Un strat cu conductivitate electrică de tip π în structura epitaxială π-π+ va forma regiunea colectorului în tranzistoarele viitoare (Fig. 1.1, a).

2. Realizarea unui desen topologic. Pentru a forma regiuni cu conductivitate electrica de tip p in structura epitaxiala este necesara asigurarea difuziei locale prin ferestre - gauri in masca de protectie. Dimensiunile acestor ferestre sunt determinate folosind un proces de fotolitografie. O peliculă de dioxid de siliciu servește drept mască care împiedică difuzia. Creșterea acestuia este o etapă necesară a procesului planar. O peliculă de dioxid de siliciu 7 Si02 cu o grosime de 0,3-1,0 microni protejează în mod fiabil structura de efectele multor factori externi și de difuzia impurităților. Un strat de fotorezist - fotoemulsie - este aplicat pe film și este expus la lumină ultravioletă printr-o fotomască care conține multe imagini identice ale bazelor tranzistorului cu o configurație și dimensiuni date. Zonele expuse ale fotorezistului sunt dezvăluite și filmul de Si02 expus este îndepărtat. Fereastra deschisă pentru difuzia de bază este prezentată în Fig. 1.1, b.

3. Obținerea unei joncțiuni pn bază-colector. Pentru o dozare precisă a cantității de impurități introduse în cristal - atomi de bor la crearea unei regiuni p-bază - se folosește procesul de implantare ionică, care constă în introducerea de ioni accelerați în suprafața cristalului. Stratul fotorezistent servește ca o mască de protecție, deoarece ionii încorporați în fotorezist nu ajung la suprafața dioxidului. Pentru a forma regiunea de bază și joncțiunea colector-bază pn la adâncimea necesară, se utilizează accelerarea ulterioară a difuziei a atomilor de bor încorporați. Se desfășoară într-un mediu oxidant la temperaturi ridicate. Ca rezultat, se formează o regiune de bază cu o adâncime de 2-3 μm și se crește o peliculă de Si02 cu o grosime de 0,3-0,5 μm pe suprafața regiunii de bază (Fig. 1.1, c).

4. Obținerea emițătorului p-n-nepexoda - bază. În primul rând, modelul topologic al regiunilor emițătoare este format folosind un proces de fotolitografie pe o peliculă de SiO2 peste regiunea de bază. În același timp, deschideți ferestrele care specifică configurația celor 8 contacte de colector. Fotorezistul este îndepărtat și fosforul cu o concentrație mare este difuzat la o adâncime mică (până la 1-1,5 μm) (Fig. 1.1, d).

5. Metalizarea contactului. Pentru a conecta cablurile electrice la zonele emițătorului, bazei și colectorului, este necesară metalizarea suprafețelor de contact. Structura este supusă în prealabil unei prelucrări fotolitografice pentru a îndepărta pelicula de dioxid din zonele dorite. Apoi, folosind evaporarea termică în vid, un strat de metal (de exemplu, aluminiu) cu o grosime de aproximativ 1 micron este depus pe întreaga suprafață a plachetei, peste care se efectuează un alt proces de fotolitografie pentru a îndepărta excesul de metal dintre zonele de contact. Structura cu metalizare de contact este prezentată în Fig. 1.1, e. La fabricarea circuitelor integrate, elementele pasive cu peliculă subțire - rezistențe, condensatoare - sunt create într-un mod similar, iar tranzistoarele sunt, de asemenea, comutate.

6. Asamblare și etanșare. Placa conține de la câteva sute la zeci de mii de tranzistori individuali. Este tăiat în structuri individuale, numite cristale în această etapă. În fig. Figura 1.1f prezintă topologia unui astfel de cristal cu metalizare de contact. Cristalul este lipit pe un suport de cristal, cu fir - conectând cablurile electrice la contactele bazei, emițătorului și colectorului - și etanșat prin plasarea într-o carcasă metalică sau umplerea cu plastic.

7. Testarea dispozitivelor. Pentru a evalua parametrii și fiabilitatea dispozitivelor înainte ca acestea să ajungă la departamentul de control tehnic, se efectuează teste electrice, climatice și mecanice. Ele sunt importante pentru informații corecte despre calitatea și fiabilitatea dispozitivelor. În plus, fiecare operație tehnologică este însoțită de controlul calității prelucrării, de exemplu, măsurarea adâncimii de difuzie, a grosimii stratului epitaxial, a rezistenței specifice sau de suprafață. După ce se creează tranzițiile ?-?-în structură, parametrii electrici sunt monitorizați - tensiunea de avarie, curentul de scurgere, capacitatea. Traseul tehnologic include hărți de control speciale.

Secvența de operații considerată este tipică pentru fabricarea unui tranzistor planar-epitaxial. Clasificarea dispozitivelor se bazează pe metoda tehnologică de creare a zonelor active ale structurii. Pe baza acestei caracteristici, se disting PP-urile discrete din aliaj, difuzie, epitaxiale și implantare, precum și modificările acestora, de exemplu, aliaj-difuzie, etc. Cele mai multe dispozitive moderne sunt fabricate pe structuri epitaxiale. Regiunile active se formează folosind implantarea ionică și difuzia. Tranzistoarele MOS sunt fabricate pe substraturi monocristaline fără un strat epitaxial folosind metode plane. tehnologii. Difuziunea neplanară și joncțiunile epitaxiale sunt utilizate la fabricarea diodelor și tranzistoarelor de putere.

Gradul de integrare.

Au fost propuse următoarele denumiri de microcircuite în funcție de gradul de integrare (se indică numărul de elemente pentru circuitele digitale):

Circuit integrat mic (MIS) - până la 100 de elemente per cip.

Circuit integrat mediu (SIS) - până la 1000 de elemente per cip.

Circuit integrat mare (LSI) - până la 10.000 de elemente per cip.

Circuit integrat la scară foarte mare (VLSI) - până la 1 milion de elemente per cip.

Circuit integrat ultra-larg (ULSI) - până la 1 miliard de elemente per cip.

Circuit integrat Giga-large-scale (GBIC) - mai mult de 1 miliard de elemente per cip.

În prezent, denumirea GBIS nu este practic folosită (de exemplu, cele mai recente versiuni ale procesoarelor Pentium 4 conțin încă câteva sute de milioane de tranzistori), iar toate circuitele cu numărul de elemente care depășește 10.000 sunt clasificate ca VLSI, considerând UBIS ca fiind subclasa sa.

Tehnologia de fabricație.

Cip semiconductor - toate elementele și conexiunile între elemente sunt realizate pe un cristal semiconductor (de exemplu, siliciu, germaniu, arseniură de galiu).

Microcircuit de film - toate elementele și conexiunile între elemente sunt realizate sub formă de filme:

· circuit integrat film gros;

· circuit integrat cu peliculă subțire.

Microcircuit hibrid - pe lângă cristalul semiconductor, conține mai multe diode, tranzistori și (sau) alte componente electronice neambalate, plasate într-o singură carcasă.

Tipul de semnal care este procesat.

Analogic

Digital

Analog-digital

Microcircuite analogice - semnalele de intrare și ieșire variază în funcție de legea unei funcții continue în intervalul de la tensiunea de alimentare pozitivă la negativă.

Microcircuite digitale - semnalele de intrare și de ieșire pot avea două valori: zero logic sau una logică, fiecare dintre acestea corespunzând unui anumit interval de tensiune. De exemplu, pentru microcircuite TTL cu o sursă de +5 V, intervalul de tensiune 0...0,4 V corespunde zero logic, iar intervalul 2,4...5 V corespunde celui logic. Pentru cipurile logice ESL cu o sursă de alimentare de -5,2 V: o unitate logică este -0,8...-1,03 V, iar un zero logic este -1,6...-1,75 V. Circuitele analog-digitale sunt combinate în sine forme de semnal digital și analogic prelucrare. Pe măsură ce tehnologia se dezvoltă, aceasta devine mai răspândită.

Orez. 1 Informații și model logic pentru proiectarea dispozitivelor radio-electronice

Orez. 2 Detalierea blocului „Dezvoltarea structurii REU folosind modelarea complexă”

Orez. 3. Detalierea blocului „Modelarea complexă a proceselor fizice în REU”

Orez. 4. Detalierea blocului „Studiu de fiabilitate al REU”

Concluzie

Ca urmare a măsurilor luate pentru dezvoltarea și reformarea complexului radio-electronic, structura acestuia ar trebui creată pentru a asigura funcționarea eficientă și durabilă a întreprinderilor. În același timp, condițiile de implementare a actualului și dezvoltat Programe de stat arme, programe de cooperare militaro-tehnică cu state străine, programe țintă federale și interstatale. Trebuie dezvoltate tehnologii promițătoare de înaltă tehnologie pentru dezvoltarea și producerea de produse de înaltă tehnologie cu dublă utilizare și civile, care sunt competitive pe piețele interne și externe. Nu numai dezvoltarea complexului radio-electronic, ci și asigurarea generală a intereselor naționale ale Rusiei vor depinde de acțiunile noastre coordonate.

Odată cu creșterea rapidă a pieței electronice rusești într-o serie de industrii, măsurată în două cifre (în termeni procentuali), volumul său în comparație cu indicatori similari din țările dezvoltate este neglijabil de mic pentru a avea un impact semnificativ asupra pieței mondiale. Potrivit unor experți, situația de pe piața internă de electronice în domeniul creșterii volumelor de producție va fi posibilă doar după desfășurarea producției în masă a produselor finale competitive sub marca rusă. Principala producție de electronice interne este concentrată în capitală și într-un număr de orașe mari, iar pe piețele de filamente este capabilă să concureze cu produsele occidentale din țară și, în unele cazuri, din străinătate. Potențialul inovator al țării în domeniul electronic nu s-a stins, dar necesită sprijin la scară de stat.

Literatură

1. Ivcenko V.G. Tehnologia și designul computerelor. Note de curs. - /Taganrog: TGRU, Departamentul Proiectare Dispozitive Electronice. – 2001. - http://www2.fep.tsure.ru/russian/kes/books/kitevm/lekpart1.doc

2. Goldshtein G.Ya. Management inovator: manual. - Taganrog: Editura TRTU, 1998. 132 p. URL: http://www.aup.ru/books/m23/1.htm

3. Proiectarea și proiectarea tehnologică a echipamentelor electronice: Manual pentru universități. – M.: Editura. MSTU im. N.E. Bauman, 2002. – 528 p. URL: http://slil.ru/22574041/529407141/Konstruktorsko-tehnologicheskoe_proektirovanie_elektronnoj_apparatury.rar

4. Tehnologia de fabricare a instrumentelor: Manual / Sub redacția generală a prof. I.P.Bushminsky. – M.: MSTU im. N.E. Bauman. URL: http://www.engineer.bmstu.ru/res/RL6/book1/book/metod/tpres.htm

5. Deadlock V.A. Tehnologia și organizarea producției de echipamente radio-electronice. – Sankt Petersburg: Editura: St. Petersburg State Electrotechnical University „LETI” – 2004. URL: http://dl10cg.rapidshare.de/files/31510061/4078542704/tehnologiya.i.organizaciya.proizvodstva.radioelektronnoj.apparatury.pdf .rar

6. GOST R 15.000-94. Sistem de dezvoltare și lansare în producție a produselor. Dispoziții de bază.

7. GOST R 15.201-2000. Sistem de dezvoltare și lansare în producție a produselor. Produse de uz industrial si tehnic. Procedura de dezvoltare și punere în producție a produselor.... un corp de lucru, ale cărui funcții vor fi îndeplinite de Centrul Analitic pentru Dezvoltare Inovatoare (ACID) creat ca principal instrument organizațional pentru îmbunătățirea RIS. Funcția strategică a ACIR este sprijinirea organizațională, juridică și financiară a activităților creative din regiune, unificarea funcțiilor de inovare și investiții sub un singur management. Creatori de inovații (...

Care intră în consum direct fără prelucrare prealabilă, se referă la bunuri de larg consum. 2.6 Progresul științific și tehnologic în complexul agroindustrial. Implementarea progresului științific și tehnologic în agricultură se bazează pe legile sale economice și biologice inerente. Ca urmare, progresul științific și tehnologic în producția agricolă are propriile sale...

Intermediarul este FSUE Rosoboronexport. Toate acestea presupun necesitatea efectuării cercetării și dezvoltării suportului metodologic pentru intermediarul de stat pentru evaluarea atractivității investiționale a întreprinderilor care execută contracte în domeniul cooperării militaro-tehnice. Ca urmare a rezolvării problemei științifice puse în lucrarea de disertație, autorul: 1. S-a efectuat o analiză...

Descrierea schemei

1. Evaluări ale elementelor pasive:

R6 = R11 = 4,7 kOhm

• 2. T1, T2, T3, T4, T5 - n-p-n tranzistoare IC; T6 - tranzistor pnp IP;
• 3. s=200 Ohm/kV
• 4. Tensiune de alimentare 15V
• 5. Tehnologia planar-epitaxiala.
• 6. Izolarea prin joncțiune p-n.

Pin 6 - putere; pin 1 - împământare.

Tehnologia de fabricație IC

Orice elemente ale circuitelor integrate semiconductoare pot fi create pe baza a maximum trei joncțiuni p-n și patru straturi de două tipuri de conductivitate electrică (electronic și orificiu). Izolarea elementelor este adesea realizată folosind polarizarea inversă joncțiune pn. Principiul acestei metode de izolație este că prin aplicarea unui potențial negativ mare la substratul p, se obține o joncțiune p-n polarizată invers la limita regiunilor colectoare și a substratului p. Rezistența joncțiunii p-n polarizate invers este mare și atinge MOhm, astfel încât elementele sunt bine izolate unele de altele.

Tehnologia de producție a circuitelor integrate semiconductoare este un proces complex care include zeci de operațiuni și este imposibil să o descriem pe deplin într-un scurt manual și curs.

Prin urmare, vom lua în considerare o rută scurtată pentru fabricarea unui IC cu elemente izolate și joncțiuni pn polarizate invers folosind tehnologia epitaxială plană. Funcționarea elementelor izolante se realizează printr-o metodă de grup, combinată cu tehnologia de fabricație IC în ansamblu și este implementată prin metoda difuziei de separare (izolare) la toată adâncimea stratului epitaxial. Această tehnologie face posibilă obținerea gradului necesar de dopaj al colectorului și al substratului independent unul de celălalt. Alegând un substrat cu rezistivitate mare și un strat epitaxial (colector) nu foarte rezistiv, este posibilă asigurarea capacității optime a joncțiunii colector-bază și a tensiunii de defalcare a acesteia. Prezența unui strat epitaxial vă permite să reglați cu precizie grosimea și rezistența colectorului, care, totuși, rămâne destul de mare (70-100 Ohmi). Reducerea rezistenței colectorului se realizează prin crearea unui strat n+ îngropat puternic dopat prin difuzia unei impurități de tip n în substratul p înainte de construirea stratului epitaxial. Acest strat oferă o cale de curent cu rezistență scăzută de la zona colectorului activ la contactul colectorului fără a reduce tensiunea de rupere a joncțiunii colector-bază.

Secvența de operații a tehnologiei planar-epitaxiale pentru producerea de circuite integrate semiconductoare bipolare cu izolarea elementelor prin joncțiuni p-n:

• 1) Tratarea mecanică a suprafeței părții de lucru a unei plachete de siliciu de tip p la puritatea clasa 14 și gravarea în vapori de HCI pentru a îndepărta stratul deteriorat. Napolitanele de Si sunt mai întâi măcinate la o grosime specificată, apoi lustruite, gravate și spălate.
• 2) Oxidare pentru a crea o mască de protecție în timpul difuzării impurităților de tip n. Pe suprafața de siliciu crește un film dens de dioxid de siliciu (SiO2), care are un coeficient de dilatare termică apropiat de siliciu, ceea ce îi permite să fie folosit ca mască pentru difuzie. Cea mai avansată metodă tehnologic de producere a filmelor de SiO2 este oxidarea termică a suprafeței de siliciu. Oxigenul uscat sau umidificator sau vaporii de apă este utilizat ca mediu oxidant. Temperatura zonei de lucru în timpul oxidării este de 1100-1300C. Oxidarea se realizează folosind metoda conductei deschise într-un flux de oxidant. În oxigenul uscat, se crește stratul de oxid cel mai perfect structural, dar procesul de oxidare este lent (la T = 1200C, grosimea stratului de SiO2 este de 0,1 microni). În practică, este recomandabil să se efectueze oxidarea în trei etape: în oxigen uscat, oxigen umed și din nou în oxigen uscat. Pentru a stabiliza proprietățile straturilor de oxid de protecție în timpul procesului de oxidare, în mediul de oxigen umed sau vapori de apă se adaugă acid boric, dioxid de titan etc.

3) Fotolitografie pentru a deschide ferestrele în oxid și a conduce difuzia locală în locurile în care se formează straturi ascunse (Fig. 3). Fotolitografia este crearea unei măști de protecție de dimensiuni mici, de aproape orice complexitate, pe suprafața unui substrat, care este ulterior utilizată pentru difuzie, epitaxie și alte procese. Se formează folosind un strat special numit fotorezist - un material care își schimbă structura sub influența luminii. Pe baza capacității lor de a modifica proprietățile la iradiere, fotorezistele pot fi clasificate ca negative sau pozitive.

Fotorezistul trebuie să fie sensibil la radiații, să aibă rezoluție mare și rezistență la acizi.

Un strat de fotorezist este aplicat pe suprafața de siliciu oxidat cu o grosime de oxid de 3000-6000 G folosind o centrifugă. Fotorezistul este uscat mai întâi la temperatura camerei, apoi la o temperatură de 100-150 C.

Substratul este combinat cu o fotomască și iluminat. Fotorezistul expus este dezvoltat și apoi spălat în apă deionizată. Fotorezistul rămas este întărit la temperatura camerei și la o temperatură de 200C timp de o oră, după care suprafața de siliciu oxidat este expusă în locuri corespunzătoare modelului fotomască.

4) Difuzie pentru a crea un strat n+ ascuns (Fig. 4). Difuzia locală este una dintre principalele operații tehnologice la crearea circuitelor integrate semiconductoare. Procesul de difuzie determină profilul de concentrație al structurii integrale și principalii parametri ai componentelor CI. Difuzia în cristale semiconductoare este mișcarea direcționată a atomilor de impurități în direcția scăderii concentrației lor. La o anumită temperatură, viteza de difuzie este determinată de coeficientul de difuzie, care este egal cu numărul de atomi care trec printr-o secțiune transversală de 1 cm2 în 1 s cu un gradient de concentrație de 1 cm-4. Borul și fosforul sunt utilizate în principal ca impurități dopante în siliciu, borul creând impurități de tip acceptor, iar fosforul creând impurități de tip donator. Pentru bor și fosfor, energia de activare este de 3,7 și, respectiv, 4,4 eV.

În producția de circuite integrate sunt implementate două tipuri de difuzie. Difuzia sursă nelimitată este prima etapă a difuziei care introduce o anumită cantitate de impuritate în semiconductor. Acest proces se numește conduce impuritățile.

Pentru a crea o distribuție dată a impurităților în adâncimea și pe suprafața semiconductorului, se efectuează o a doua etapă de difuzie dintr-o sursă limitată. Acest proces se numește distilarea impurităților.

5) Îndepărtarea oxidului și pregătirea suprafeței înaintea procesului de epitaxie (Fig. 5).

6) Formarea unei structuri epitaxiale (Fig. 6). Epitaxia este procesul de creștere a unui singur cristal pe un substrat de orientare. Stratul epitaxial continuă rețeaua cristalină a substratului. Grosimea sa poate fi de la un monostrat la câteva zeci de microni. Un strat epitaxial de siliciu poate fi crescut pe siliciul în sine. Acest proces se numește auto- sau homoepitaxie. Spre deosebire de autoepitaxie, procesul de creștere a straturilor de un singur cristal pe substraturi care diferă în compoziția chimică se numește heteroepitaxie.

Procesul epitaxial face posibilă obținerea de straturi semiconductoare uniforme în concentrația de impurități și cu diferite tipuri de conductivitate (atât electronică, cât și orificiu). Concentrația de impurități în strat poate fi mai mare sau mai mică decât în ​​substrat, ceea ce face posibilă obținerea de straturi cu rezistivitate ridicată pe un substrat cu rezistivitate scăzută. În producție, straturile epitaxiale sunt obținute prin reacția vaporilor de compus de siliciu pe suprafața substratului folosind reacțiile de reducere ale SiCl 4, SiBr 4. În camera de reacție de pe suprafața substratului are loc o reacție în intervalul de temperatură 1150-1270C

SiCl4+2H2=Si+4HCl,

drept urmare, siliciul pur sub formă de depozit solid completează rețeaua substratului, iar compusul volatil este îndepărtat din cameră.

Procesul de creștere epitaxială se realizează în instalații speciale, al căror volum de lucru este un tub de cuarț, iar hidrogenul și azotul sunt folosite ca gaz purtător.

Grosimea stratului epitaxial de tip n este de 10-15 microni cu o rezistivitate de 0,1-10 Ohm*cm. În stratul epitaxial se formează colectori de tranzistori și buzunare de rezistențe.

7) Oxidarea suprafeței stratului epitaxial pentru a crea o mască de protecție în timpul difuziei de separare (Fig. 7).

8) Fotolitografie pentru deschiderea ferestrelor pentru difuzia de separare (Fig. 8).

9) Efectuarea difuziei de separare si crearea de pungi izolate (Fig. 9).

Difuzia separată se efectuează în două etape: prima (conducere) - la o temperatură de 1100-1150C, a doua (dispersie) - la o temperatură de 1200-1250C. Borul este folosit ca difuzor. Difuzia de separare are loc pe toată adâncimea stratului epitaxial; în acest caz, în substratul de siliciu se formează regiuni semiconductoare separate separate prin joncțiuni p-n. În fiecare zonă izolată, ca urmare a proceselor ulterioare, se formează un element integral.

10) Oxidarea suprafeței pentru fotolitografie sub difuzie bazică (Fig. 10).

11) Fotolitografie pentru deschiderea ferestrelor pentru difuzia de bază (Fig. 11).

12) Formarea stratului de bază prin difuzia unei impurități de tip p (Fig. 12).

13) Oxidarea suprafeței pentru a patra fotolitografie (Fig. 13).

14) Fotolitografie pentru deschiderea ferestrelor pentru difuzia emitatorului (Fig. 12).

15) Formarea stratului emițător prin difuzia unei impurități de tip n, precum și oxidarea ulterioară a suprafeței (Fig. 15).

Difuzia emițătorului se realizează într-o singură etapă la o temperatură de aproximativ 1050C. Simultan cu emițătorii se formează zone pentru contactele colectorului. Fosforul este folosit ca dopant. Grosimea stratului d? 0,5-2,0 microni, concentrație acceptor N ? 10 21 cm -3 Folosit pentru a crea emițători de tranzistori, rezistențe de rezistență scăzută, contacte colectoare de dopaj etc.

16) A cincea fotolitografie pentru deschiderea ferestrelor de contact (Fig. 16).

17) Pulverizarea foliei de aluminiu (Fig. 17).

Conexiunile elementelor IC sunt create prin metalizare. Un strat de aluminiu cu o grosime de 1 micron este aplicat pe suprafața IC prin evaporare termică în vid.

18) Fotolitografie pentru a crea un model de cablare și a aplica un strat de dielectric de protecție (Fig. 18).

După În fotolitografie, metalul este arse într-un mediu de azot la o temperatură de 500C.

Calculul componentelor integrale

3 BAZELE TEHNOLOGICE ALE PRODUCȚIEI

CIRCUITE INTEGRALE SEMICONDUCTORE

Tehnologia de fabricație a circuitelor integrate de semiconductor (SIC) a evoluat de la tehnologia tranzistorului planar. Prin urmare, pentru a înțelege ciclurile tehnologice ale producției de circuite integrate, este necesar să se familiarizeze cu procesele tehnologice tipice din care sunt compuse aceste cicluri.

3.1 Operațiuni pregătitoare

Lingourile de siliciu monocristalin, ca și alți semiconductori, sunt de obicei obținute prin cristalizare dintr-o topitură - metoda Czochralski. Cu această metodă, o tijă cu o sămânță (sub formă de monocristal de siliciu) după contactul cu topitura este ridicată încet, cu rotație simultană. În acest caz, după sămânță, se scoate un lingou în creștere și în solidificare.

Orientarea cristalografică a lingoului (secțiunea transversală a acestuia) este determinată de orientarea cristalografică a semințelor. Cel mai adesea, se folosesc lingouri cu o secțiune transversală situată în planul (111) sau (100).

Diametrul tipic al lingourilor este în prezent de 80 mm, iar maximul poate ajunge la 300 mm sau mai mult. Lungimea lingourilor poate ajunge la 1-1,5 m, dar de obicei este de câteva ori mai mică.

Lingourile de siliciu sunt tăiate în multe plachete subțiri (0,4-1,0 mm grosime), pe care apoi sunt fabricate circuite integrate. Suprafața napolitanelor după tăiere este foarte neuniformă: dimensiunile zgârieturilor, proeminențelor și gropilor sunt mult mai mari decât dimensiunile viitoarelor elemente IC. Prin urmare, înainte de a începe principalele operațiuni tehnologice, plăcile sunt șlefuite în mod repetat și apoi lustruite. Scopul șlefuirii, pe lângă înlăturarea defectelor mecanice, este și acela de a asigura grosimea necesară a plăcii (200-500 microni), de neatins prin tăiere, și paralelismul planurilor. La sfârșitul șlefuirii, mai rămâne pe suprafață un strat deteriorat mecanic, gros de câțiva microni, sub care se află un strat și mai subțire, așa-numitul strat deteriorat fizic. Acesta din urmă se caracterizează prin prezența distorsiunilor „invizibile” ale rețelei cristaline și a tensiunilor mecanice care apar în timpul procesului de măcinare.

Lustruirea constă în îndepărtarea ambelor straturi deteriorate și reducerea neregularităților de suprafață la nivelul caracteristic sistemelor optice - sutimi de micrometru. Pe lângă lustruirea mecanică, se folosește lustruirea chimică (gravarea), adică dizolvarea în esență a stratului de suprafață al semiconductorului în anumiți reactivi. Proeminențele și fisurile de pe suprafață sunt gravate mai repede decât materialul de bază, iar suprafața este în general nivelată.

Un proces important în tehnologia semiconductoarelor este și curățarea suprafeței de contaminarea cu substanțe organice, în special grăsimi. Curățarea și degresarea se efectuează în solvenți organici (toluen, acetonă, alcool etilic etc.) la temperaturi ridicate.

Gravarea, curățarea și multe alte procese sunt însoțite de spălarea plăcilor deionizat apă.

3.2 Epitaxie

Epitaxie este procesul de creștere a straturilor de un singur cristal pe un substrat, în care orientarea cristalografică a stratului crescut repetă orientarea cristalografică a substratului.

În prezent, epitaxia este folosită de obicei pentru a obține straturi subțiri de lucru de până la 15 μm dintr-un semiconductor omogen pe un substrat relativ gros, care joacă rolul unei structuri de susținere.

tipic - clorură Procesul de epitaxie aplicat siliciului este după cum urmează (Figura 3.1). Napolitanele de siliciu monocristalin sunt încărcate într-un creuzet de barcă și plasate într-un tub de cuarț. Un curent de hidrogen care conține un mic amestec de tetraclorură de siliciu SiCl4 este trecut prin conductă. La temperaturi ridicate (aproximativ 1200° C), pe suprafața plăcilor are loc reacția SiCl4 + 2H2 = Si + 4HC1.

Ca rezultat al reacției, pe substrat se depune treptat un strat de material pur.

siliciul și vaporii de HCI sunt transportați de fluxul de hidrogen. Stratul epitaxial de siliciu depus este monocristalin și are aceeași orientare cristalografică ca substratul. Reacția chimică, datorită selecției temperaturii, are loc numai pe suprafața plăcii, și nu în spațiul înconjurător.

Figura 3.1 – Procesul de epitaxie

Procesul care are loc într-un flux de gaz se numește transportul gazelor reacţie,și gazul principal (in în acest caz, hidrogen), transferând impuritatea în zona de reacție, - gaz purtător.

Dacă la vaporii de tetraclorură de siliciu se adaugă perechi de compuși ai fosforului (PH3) sau borului (B2H6), atunci stratul epitaxial nu va mai avea o conductivitate proprie, ci, în consecință, electronică sau conductivitate de orificiu (Figura 3.2a), deoarece în timpul donorului de reacție atomii vor fi introduși în atomii acceptori de fosfor sau bor de siliciu depuși.

Astfel, epitaxia face posibilă creșterea pe un substrat a unor straturi monocristaline de orice tip de conductivitate și orice rezistivitate, având orice tip și magnitudine de conductivitate, de exemplu, în Figura 3.2a este prezentat stratul n, iar un n+ sau p+ se poate forma stratul.

Figura 3.2 – Substraturi cu pelicule epitaxiale și oxidice

Limita dintre stratul epitaxial și substrat nu este perfect ascuțită, deoarece impuritățile difuzează parțial de la un strat la altul în timpul procesului de epitaxie. Această circumstanță face dificilă crearea de structuri epitaxiale ultrasubțiri (mai puțin de 1 μm) și multistrat. În prezent, rolul principal îl joacă epitaxia cu un singur strat. A extins semnificativ arsenalul tehnologiei semiconductoarelor; obținerea unor astfel de straturi subțiri omogene (mm) așa cum este furnizată de epitaxie este imposibilă prin alte mijloace.

În Figura 3.2a și în cele ulterioare, scara verticală nu este respectată.

Instalația prezentată în Figura 3.1 include câteva operații suplimentare: purjarea țevii cu azot și gravarea superficială a suprafeței de siliciu în vapori de HCI (pentru curățare). Aceste operațiuni se efectuează înainte de începerea celor principale.

Filmul epitaxial poate diferi de substrat în compoziția chimică. Metoda de producere a unor astfel de filme se numește heteroepitaxie, spre deosebire de homoepitaxie, descrise mai sus. Desigur, cu heteroepitaxie, atât filmul, cât și materialele substratului trebuie să aibă în continuare aceeași rețea cristalină. De exemplu, puteți crește o peliculă de siliciu pe un substrat de safir.

În concluzie, observăm că, în plus față de epitaxia gazoasă descrisă, există epitaxia lichidă, în care creșterea unui strat monocristalin se realizează din faza lichidă, adică dintr-o soluție care conține componentele necesare.

3.3 Oxidarea termică

Oxidarea siliciului este unul dintre cele mai caracteristice procese din tehnologia PPIMS moderne. Pelicula rezultată de dioxid de siliciu SiO2 (Figura 3.2b) îndeplinește câteva funcții importante, inclusiv:

Funcția de protecție - pasivare suprafață și, în special, protecția secțiunilor verticale p - n tranziții care merg la suprafață;

Funcția unei măști, prin ferestrele în care se introduc impuritățile necesare prin difuzie (Figura 3.4b);

Funcția unui dielectric subțire sub poarta unui tranzistor sau condensator MOS (Figurile 4.15 și 4.18c);

Baza dielectrică pentru conectarea elementelor PP IC cu o peliculă metalică (Figura 4.1).

Suprafața siliciului este întotdeauna acoperită cu „propria” peliculă de oxid, rezultată din oxidarea „naturală” la cele mai scăzute temperaturi. Cu toate acestea, acest film este prea subțire (aproximativ 5 nm) pentru a îndeplini oricare dintre aceste funcții. Prin urmare, în producția de circuite integrate semiconductoare, se obțin în mod artificial filme mai groase de SiO2.

Oxidarea artificială a siliciului se realizează de obicei la temperatură ridicată (°C). O astfel de oxidare termică poate fi efectuată într-o atmosferă de oxigen (oxidare uscată),într-un amestec de oxigen și vapori de apă ( oxidare umedă) sau pur și simplu în vapori de apă.

În toate cazurile, procesul se desfășoară în cuptoare de oxidare. Baza unor astfel de cuptoare este, ca în epitaxie, un tub de cuarț în care este plasată o „barcă” cu plachete de siliciu, încălzită fie de curenți de înaltă frecvență, fie în alt mod. Prin conductă trece un curent de oxigen (uscat sau umezit) sau vapori de apă, care reacţionează cu siliciul într-o zonă cu temperatură ridicată. Pelicula de SiO2 astfel obținută are o structură amorfă (Figura 3.2b).

Evident, rata de creștere a oxidului ar trebui să scadă cu timpul, deoarece noii atomi de oxigen trebuie să difuzeze printr-un strat de oxid din ce în ce mai gros. Formula semi-empirica care raporteaza grosimea peliculei de oxid cu timpul de oxidare termica are forma:

unde k - parametru în funcție de temperatura și umiditatea oxigenului.

Oxidarea uscată este de zeci de ori mai lentă decât oxidarea umedă. De exemplu, este nevoie de aproximativ 5 ore pentru a crește o peliculă de SiO2 cu o grosime de 0,5 microni în oxigen uscat la 1000 ° C și doar 20 de minute în oxigen umed. Totuși, calitatea filmelor obținute în oxigen umed este mai scăzută. Cu o scădere a temperaturii la fiecare 100° C, timpul de oxidare crește de 2-3 ori.

În tehnologia IC, se face o distincție între oxizii de SiO2 „groși” și „subțiri”. Oxizi groși ( d = 0,7-1,0 µm) îndeplinesc funcțiile de protecție și camuflaj și subțire (d = 0,1-0,2 µm) - funcțiile dielectricului de poartă în tranzistoarele și condensatoarele MOS.

Una dintre problemele importante la creșterea unui film de SiO2 este asigurarea omogenității acestuia. În funcție de calitatea suprafeței plachetei, de puritatea reactivilor și de regimul de creștere, apar anumite probleme în film. defecte. Un tip comun de defecte sunt micro- și macroporii, chiar și prin găuri (în special în oxid subțire).

Calitatea filmului de oxid crește odată cu scăderea temperaturii creșterii sale, precum și atunci când se utilizează oxigen uscat. Prin urmare, prin oxidare uscată se obține un oxid de poartă subțire, a cărui calitate determină stabilitatea parametrilor tranzistorului MOS. La creșterea oxidului gros, alternați oxidarea uscată și umedă: prima asigură absența defectelor, iar a doua vă permite să reduceți timpul de proces.

Alte metode de producere a filmelor de SiO2 sunt discutate în.

3.4 Litografia

În tehnologia dispozitivelor semiconductoare, măștile ocupă un loc important: asigură depunere locală, dopaj, gravare și, în unele cazuri, epitaxie. Fiecare mască conține un set de deschideri pre-proiectate - ferestre. Fabricarea unor astfel de ferestre este sarcina de litografie(gravuri). Poziția de lider în tehnologia de fabricare a măștilor rămâne fotolitografie şi electronolitografie.

3.4.1. Fotolitografie. Fotolitografia se bazează pe utilizarea unor materiale numite fotorezistente. Acesta este un tip de emulsie fotografică cunoscută în fotografia convențională. Fotorezistele sunt sensibile la lumina ultravioletă, așa că pot fi procesate într-o cameră nu foarte întunecată.

Există fotorezistențe negativ și pozitiv. Fotorezistele negative polimerizează atunci când sunt expuse la lumină și devin rezistente la agenți (acizi sau alcalini). Aceasta înseamnă că după expunerea locală, zonele neexpuse vor fi gravate (ca într-un negativ foto obișnuit). În fotorezistele pozitive, lumina, dimpotrivă, distruge lanțurile polimerice și, prin urmare, zonele expuse vor fi gravate.

Desenul viitoarei măști se realizează sub forma unui așa-numit fo­ la șablon. O fotomască este o placă groasă de sticlă, pe o parte a căreia se aplică un film subțire opac cu necesarul model sub formă de găuri transparente. Dimensiunile acestor găuri (elementele de model) pe o scară de 1: 1 corespund dimensiunilor viitoarelor elemente IC, adică pot fi de 20-50 microni sau mai puțin (până la 2-3 microni). Deoarece circuitele integrate sunt fabricate folosind o metodă de grup, multe modele similare sunt plasate pe fotomască în „rânduri” și „coloane”. Mărimea fiecărui desen corespunde mărimii viitoarei matrițe IC.

Procesul de fotolitografie pentru producerea ferestrelor în masca de oxid de SiO2 care acoperă suprafața unei plăci de siliciu este după cum urmează (Figura 3.3). De exemplu, un fotorezistent negativ (NP) este aplicat pe suprafața oxidată a plachetei. O mască fotorezistentă este aplicată pe o placă acoperită cu fotorezist (cu un model îndreptat către fotorezist) și este expusă la razele ultraviolete (UV) ale unei lămpi de cuarț (Figura 3.3a). După aceasta, fotomasca este îndepărtată, iar fotorezistul este dezvoltat și fixat.

Dacă se folosește un fotorezistent pozitiv, atunci după dezvoltare și întărire (care constă în întărirea și tratarea termică a fotorezistului), acesta produce ferestre în acele locuri care corespund zonelor transparente de pe fotomască.

După cum se spune desen mutat de la fotomască la fotorezist. Acum stratul de fotorezist este o mască strâns adiacentă stratului de oxid (Figura 3.3b).

Printr-o mască fotorezistentă, stratul de oxid este gravat până la siliciu (acest agent de gravare nu afectează siliciul). Acidul fluorhidric și sărurile sale sunt utilizate ca agent de gravare. Ca rezultat, modelul din fotorezist este transferat la oxid. După îndepărtarea (gravarea) măștii de fotorezist, rezultatul final al fotolitografiei este o placă de siliciu acoperită cu o mască de oxid cu ferestre (Figura 3.3c). Prin ferestre se poate realiza difuzia, implantarea ionică, gravarea etc.

Figura 3.3 – Procesul de fotolitografie

În ciclurile tehnologice de fabricație a elementelor IC, procesul de fotolitografie este utilizat în mod repetat (separat pentru a obține straturi de bază, emițători, contacte ohmice etc.). În acest caz, apare așa-numita problemă a combinării măștilor foto. Cu utilizarea repetată a fotolitografiei (în tehnologia PPIMS de până la 5-7 ori), toleranța de aliniere ajunge la fracțiuni de micron. Tehnica de înregistrare constă în realizarea de „semne” speciale (de exemplu, cruci sau pătrate) pe fotomăști, care se transformă într-un model pe oxid și sunt vizibile printr-o peliculă subțire de fotorezist. Când aplicați următoarea fotomască, cu atenție (la microscop) semnele de pe oxid sunt aliniate cu semnele similare de pe fotomască.

Procesul de fotolitografie considerat este tipic pentru obținerea măștilor de oxid pe plachete de siliciu în scopul difuzării locale ulterioare. În acest caz, masca fotorezistentă este intermediară, auxiliară, deoarece nu poate rezista la temperatura ridicată la care se realizează difuzia. Cu toate acestea, în unele cazuri, când procesul are loc la temperaturi scăzute, măștile fotorezistente pot fi principalele - cele de lucru. Un exemplu este procesul de creare a cablurilor metalice în circuitele integrate semiconductoare.

La utilizarea unei fotomască, stratul ei de emulsie se uzează (se șterge) după 15-20 de aplicări. Durata de viață a măștilor foto poate fi mărită cu două ordine de mărime sau mai mult prin metalizare: înlocuirea filmului de fotoemulsie cu o peliculă de metal rezistent la uzură, de obicei crom.

Fotomastile sunt fabricate in seturi in functie de numarul de operatii de fotolitografie din ciclul tehnologic. În cadrul setului, fotomăștile sunt coordonate, adică asigură alinierea desenelor atunci când marcajele corespunzătoare sunt aliniate.

3.4.2 Litografia electronică. Metodele descrise au fost mult timp unul dintre fundamentele tehnologiei microelectronice. Încă nu și-au pierdut semnificația. Cu toate acestea, pe măsură ce gradul de integrare crește și dimensiunea elementelor IS scade, au apărut o serie de probleme, dintre care unele au fost deja rezolvate, iar altele sunt în studiu.

Una dintre principalele restricții se preocupă rezoluţie, adică dimensiunile minime din modelul de mască creat. Faptul este că lungimile de undă ale luminii ultraviolete sunt de 0,3-0,4 microni. În consecință, oricât de mică este gaura din modelul fotomască, dimensiunile imaginii acestui orificiu din fotorezist nu pot atinge valorile specificate (din cauza difracției). Prin urmare, lățimea minimă a elementelor este de aproximativ 2 microni, iar în ultraviolete profunde (lungime de undă 0,2-0,3 microni) - aproximativ 1 microni. Între timp, dimensiunile de ordinul a 1-2 microni nu mai sunt suficient de mici atunci când se creează circuite integrate mari și ultra-mari.

Cea mai evidentă modalitate de a crește rezoluția litografiei este utilizarea radiației cu lungime de undă mai scurtă în timpul expunerii.

În ultimii ani s-au dezvoltat metode litografie electronică . Esența lor este că un fascicul de electroni concentrat scanează(adică, se mișcă „linie cu linie”) de-a lungul suprafeței unei plăci acoperite cu rezistență de electroni, iar intensitatea fasciculului este controlată în conformitate cu un program dat. În acele puncte care ar trebui să fie „expuse”, curentul fasciculului este maxim, iar în acele puncte care ar trebui să fie „întunecate” este egal cu zero. Diametrul fasciculului de electroni depinde direct de curentul din fascicul: cu cât diametrul este mai mic, cu atât curentul este mai mic. Cu toate acestea, pe măsură ce curentul scade, timpul de expunere crește. Prin urmare, o creștere a rezoluției (o scădere a diametrului fasciculului) este însoțită de o creștere a duratei procesului. De exemplu, cu un diametru al fasciculului de 0,2-0,5 μm, timpul de scanare al unei plachete, în funcție de tipul de rezistență electronică și de dimensiunea plachetei, poate varia de la zeci de minute la câteva ore.

Una dintre varietățile litografiei electronice se bazează pe abandonarea măștilor electrorezistive și presupune acțiunea unui fascicul de electroni direct asupra stratului de oxid de SiO2. Se pare că în zonele de „expunere” acest strat este ulterior gravat de câteva ori mai repede decât în ​​zonele „întunecate”.

Dimensiunile minime pentru litografia electronică sunt de 0,2 microni, deși maximul realizabil este de 0,1 microni.

Alte metode de litografie sunt în cercetare, de exemplu, razele X moi (cu lungimi de undă de 1-2 nm) pot atinge dimensiuni minime de 0,1 μm, iar litografia cu fascicul de ioni 0,03 μm.

3.5 Aliere

Introducerea impurităților în placheta originală (sau în stratul epitaxial) prin difuzie la temperaturi ridicate este metoda originală și încă principala de dopare a semiconductorilor pentru a crea structuri de tranzistori și alte elemente pe baza acestora. Cu toate acestea, recent s-a răspândit o altă metodă de dopaj - implantarea ionică.

3.5.1 Metode de difuzie. Difuzia poate fi generală și locală. În primul caz, se efectuează pe întreaga suprafață a plachetei (Figura 3.4a), iar în al doilea - în anumite zone ale plachetei prin ferestrele din mască, de exemplu, într-un strat gros de SiO2 (Figura 3.4b) .

Difuzia generală duce la formarea unui strat de difuzie subțire în placă, care diferă de stratul epitaxial în distribuția neomogenă (în profunzime) a impurităților (vezi curbele N(x) din figurile 3.6a și b).

Figura 3.4 – Difuziune generală și locală

În cazul difuziei locale (Figura 3.4b), impuritatea se răspândește nu numai adânc în placă, ci și în toate direcțiile perpendiculare, adică sub mască. Ca urmare a acestei așa-numite difuzii laterale, regiunea joncțiunii p-n care iese la suprafață este „automat” protejată de oxid. . Relația dintre adâncimile laterale și principale -

Difuzia „verticală” depinde de o serie de factori, inclusiv de adâncimea stratului de difuzie . O valoare tipică pentru adâncimea difuziei laterale poate fi considerată 0,8×L .

Difuzia poate fi efectuată o dată sau în mod repetat. De exemplu, în timpul primei difuzii, este posibil să se introducă o impuritate acceptor în placa inițială de tip n și să se obțină un strat p, iar apoi în timpul celei de-a doua difuzii, să se introducă o impuritate donor în stratul p rezultat (la un adâncime mai mică) și astfel asigură o structură cu trei straturi. În consecință, se face o distincție între difuzie dublă și triplă (vezi secțiunea 4.2).

Atunci când se efectuează difuzie multiplă, trebuie avut în vedere că concentrația fiecărei impurități noi introduse trebuie să depășească concentrația celei anterioare, altfel tipul de conductivitate nu se va modifica, ceea ce înseamnă că nu se va forma o joncțiune p-n. Între timp, concentrația de impurități din siliciu (sau alt material sursă) nu poate fi atât de mare pe cât se dorește: este limitată de un parametru special - limita solubilitate în impuritățiN.S.. Limita de solubilitate depinde de temperatură. La o anumită temperatură atinge o valoare maximă și apoi scade din nou. Limitele maxime de solubilitate împreună cu temperaturile corespunzătoare sunt date în Tabelul 3.1.

Tabelul 3.1

Prin urmare, dacă se efectuează difuzie multiplă, atunci pentru ultima difuzie este necesar să se selecteze un material cu solubilitatea limită maximă. Deoarece gama de materiale cu impurități este limitată,

nu se pot asigura mai mult de 3 difuzii consecutive.

Impuritățile introduse prin difuzie se numesc difuzoare(bor, fosfor etc.). Sursele de difuzanți sunt compușii lor chimici. Acestea pot fi lichide (BBr3, POCl), solide(B2O3, P2O5) sau gaze (B2H6, PH3).

Introducerea impurităților se realizează de obicei folosind reacții de transport de gaz, la fel ca în timpul epitaxiei și oxidării. În acest scop, fie cu o singură zonă, fie cu două zone cuptoare de difuzie.

Cuptoarele cu două zone sunt utilizate în cazul difuzanților solizi. În astfel de cuptoare (Figura 3.5) există două zone de temperatură ridicată, una pentru evaporarea sursei de difuzie, a doua pentru difuzia în sine.

Figura 3.5 - Procesul de difuzie

Vaporii sursei de difuzie obținuți în zona 1 sunt amestecați cu fluxul unui gaz purtător neutru (de exemplu, argon) și împreună cu acesta ajung în zona a 2-a, unde sunt situate plachetele de siliciu. Temperatura în zona a 2-a este mai mare decât în ​​zona 1. Aici, atomii de difuzie sunt introduși în plăci, iar alte componente ale compusului chimic sunt transportate de gazul purtător din zonă.

În cazul surselor lichide și gazoase de difuzant, nu este nevoie de evaporarea lor la temperatură ridicată. Prin urmare, se folosesc cuptoare cu o singură zonă, ca în epitaxie, în care sursa de difuzie intră în stare gazoasă.

Când se utilizează surse lichide de difuzor, difuzia se realizează într-un mediu oxidant prin adăugarea de oxigen la gazul purtător. Oxigenul oxidează suprafața de siliciu, formând oxidul SiO2, adică, în esență, sticlă. În prezența unui difuzant (bor sau fosfor), borosilicat sau fosfosilicat sticlă. La temperaturi peste 1000°C, aceste pahare sunt în stare lichidă, acoperind suprafața de siliciu cu o peliculă subțire. , astfel incat difuzia impuritatii provine, strict vorbind, din faza lichida. După întărire, sticla protejează suprafața de siliciu la punctele de difuzie,

adică în ferestrele măștii de oxid. Când se utilizează surse solide de difuzant - oxizi - formarea sticlelor are loc în procesul de difuzie fără oxigen special introdus.

Există două cazuri de distribuție a impurităților în stratul de difuzie.

1 Cazul unei surse nelimitate de impurități.În acest caz, difuzorul curge continuu către placă, astfel încât în ​​stratul său apropiat de suprafață concentrația de impurități este menținută constantă și egală cu NS. Odată cu creșterea timpului de difuzie, adâncimea stratului de difuzie crește (Figura 3.6a).

2 Caz de sursă limitată de impurități.În acest caz, mai întâi se introduc un anumit număr de atomi difuzanți în stratul subțire de suprafață al plăcii (timp t1), apoi sursa de difuzor este oprită și atomii de impurități sunt redistribuiți pe toată adâncimea plăcii cu numărul lor total. neschimbat (Figura 3.6b). În acest caz, concentrația de impurități de pe suprafață scade, iar adâncimea stratului de difuzie crește (curbele t2 și t3). Prima etapă a procesului se numește „conducere”, a doua - „dispersiare” a impurităților.

Figura 3.6 – Distribuția difuzanților

3.5.2 Implantarea ionică.

Implantarea ionică este o metodă de dopare a unei plachete (sau a stratului epitaxial) prin bombardarea acesteia cu ioni de impurități, accelerați la o energie suficientă pentru pătrunderea lor adânc în solid.

Ionizarea atomilor de impurități, accelerarea ionilor și focalizarea fasciculului de ioni se realizează în instalații speciale precum acceleratorii de particule din fizica nucleară. Aceleași materiale folosite pentru difuzie sunt folosite ca impurități.

Adâncimea de penetrare a ionilor depinde de energia și masa acestora. Cu cât energia este mai mare, cu atât grosimea stratului implantat este mai mare. Cu toate acestea, pe măsură ce energia crește, crește și cantitatea defecte de radiațieîn cristal, adică parametrii săi electrici se deteriorează. Prin urmare, energia ionică este limitată la 100-150 keV. Nivelul inferior este de 5-10 keV. Cu acest interval de energie, adâncimea straturilor se află în intervalul 0,1 - 0,4 μm, adică este semnificativ mai mică decât adâncimea tipică a straturilor de difuzie.

Concentrația de impurități din stratul implantat depinde de densitatea de curent din fasciculul de ioni și de timpul procesului sau, după cum se spune, de ora expo-pozitii.În funcție de densitatea curentului și de concentrația dorită, timpul de expunere variază de la câteva secunde la 3-5 minute sau mai mult (uneori până la

1-2 ore). Desigur, cu cât timpul de expunere este mai lung, cu atât este mai mare numărul de defecte de radiație.

O distribuție tipică a impurităților în timpul implantării ionice este prezentată în Figura 3.6c, curba solidă. După cum putem observa, această distribuție diferă semnificativ de distribuția de difuzie prin prezența unui maxim la o anumită adâncime.

Deoarece aria fasciculului de ioni (1-2 mm2) este mai mică decât aria plăcii (și uneori a cristalului), este necesar scanează fascicul, adică deplasați-l fără probleme sau în „pași” (folosind sisteme speciale de deviere) alternativ de-a lungul tuturor „rândurilor” plăcii pe care sunt amplasate IC-urile individuale.

La finalizarea procesului de aliere, placa trebuie supusă recoacerea la o temperatură de °C pentru a ordona rețeaua cristalină de siliciu și a elimina (cel puțin parțial) inevitabilele defecte de radiație. La temperatura de recoacere, procesele de difuzie modifică ușor profilul de distribuție (vezi curba punctată din Figura 3.6c).

Implantarea ionică se realizează prin măști, în care lungimea căii ionilor ar trebui să fie semnificativ mai scurtă decât în ​​siliciu. Materialele pentru măști pot fi dioxid de siliciu sau aluminiu, care sunt comune în circuitele integrate. În același timp, un avantaj important al implantării ionice este că ionii, care se deplasează în linie dreaptă, pătrund doar în adâncimea plăcii, iar analogia difuziei laterale (sub mască) este practic absentă.

În principiu, implantarea ionică, precum difuzia, poate fi efectuată în mod repetat, „înglobând” un strat în altul. Cu toate acestea, combinația de energii, timpi de expunere și moduri de recoacere necesare pentru implantări multiple se dovedește dificilă. Prin urmare, implantarea ionică a devenit larg răspândită în crearea de straturi unice subțiri.

3.6 Aplicarea foliilor subtiri

Filmele subțiri nu sunt doar baza circuitelor integrate hibride cu peliculă subțire, ci sunt și utilizate pe scară largă în circuitele integrate semiconductoare. Prin urmare, metodele de producere a filmelor subțiri se referă la problemele generale ale tehnologiei microelectronicei.

Există trei metode principale de aplicare a foliilor subțiri pe un substrat și una pe cealaltă: termic(vid) și plasmă ionică pulverizare, care are două soiuri: pulverizare catodicăși ion-plasma însăși.

3.6.1 Pulverizare termică (vid).

Principiul acestei metode de pulverizare este prezentat în Figura 3.7a. Pe placa de bază 2 se află un capac de metal sau sticlă 1. Între ele există o garnitură 3, care asigură menținerea vidului după pomparea aerului din spațiul subcaponului. Substratul 4, pe care se efectuează pulverizarea, este montat pe un suport 5 . Suportul este adiacent încălzirii și pulverizarea se efectuează pe un substrat încălzit). Evaporatorul 7 include un încălzitor și o sursă de substanță pulverizată. Amortizorul rotativ 8 blochează fluxul de vapori de la evaporator la substrat: pulverizarea durează pe durata timpului în care clapeta este deschisă.

Încălzitorul este de obicei un fir sau o spirală dintr-un metal refractar (wolfram, molibden etc.), prin care trece un curent suficient de mare. Sursa substanței pulverizate este conectată la încălzitor în diferite moduri: sub formă de paranteze („husari”) atârnate pe filament; sub formă de tije mici acoperite de o spirală, sub formă de pulbere turnată în

Figura 3.7 – Aplicarea filmelor

un creuzet încălzit cu o spirală etc. În locul filamentelor, s-a folosit recent încălzirea folosind un fascicul de electroni sau un fascicul laser.

Condițiile cele mai favorabile pentru condensarea vaporilor sunt create pe substrat, deși condensul are loc parțial pe pereții hotei. O temperatură prea scăzută a substratului împiedică distribuția uniformă a atomilor adsorbiți: aceștia sunt grupați în „insule” de grosimi diferite, adesea neconectate între ele. Dimpotrivă, o temperatură prea ridicată a substratului duce la desprinderea atomilor nou depuși, la „reevaporarea” acestora. Prin urmare, pentru a obține un film de înaltă calitate, temperatura substratului trebuie să se încadreze în anumite limite optime (de obicei 200-400 ° C). Rata de creștere a filmului, în funcție de un număr de factori (temperatura substratului, distanța de la evaporator la substrat, tipul de material depus etc.) variază de la zecimi la zeci de nanometri pe secundă.

Puterea legăturii - aderența filmului la substrat sau alt film - se numește adeziune. Unele materiale obișnuite (de exemplu aurul) au o aderență slabă la substraturile tipice, inclusiv siliciul. În astfel de cazuri, așa-numitul substratul, caracterizat printr-o aderență bună, iar apoi materialul de bază este pulverizat pe acesta, care are și o bună aderență la substrat. De exemplu, pentru aur, substratul poate fi nichel sau titan.

Pentru ca atomii materialului pulverizat care zboară de la evaporator la substrat să experimenteze un număr minim de ciocniri cu atomii gazului rezidual și, prin urmare, o împrăștiere minimă, trebuie să se asigure un vid suficient de mare în spațiul de sub capac. Criteriul pentru vidul necesar poate fi condiția ca drumul liber mediu al atomilor să fie de câteva ori mai mare decât distanța dintre evaporator și substrat. Cu toate acestea, această condiție nu este adesea suficientă, deoarece orice cantitate de gaz rezidual este plină de contaminare a filmului pulverizat și de o schimbare a proprietăților sale. Prin urmare, în principiu, vidul în sistemele de pulverizare termică ar trebui să fie cât mai mare posibil. În prezent, vidul este sub 10-6 mmHg. Artă. este considerat inacceptabil, iar într-un număr de instalații de pulverizare de primă clasă este adus la 10-11 mm Hg. Artă.