RUSIJOS FEDERACIJOS ŠVIETIMO MINISTERIJA

ORYOL STATE TECHNICAL UNIVERSITETAS

PTEiVS katedra

KURSINIS DARBAS

tema: " Puslaidininkinių integrinių grandynų lustų gamybos technologija »

Disciplina: „Medžiagų mokslas ir elektroninės medžiagos“

Baigė 31-R grupės mokinys

Kozlovas A. N.

Vadovas Koschinskaya E.V.

Erelis, 2004 m

Įvadas

I dalis. Analitinė apžvalga

1.1 Integriniai grandynai

1.2 Reikalavimai puslaidininkiniams pagrindams

1.3 Monokristalinio silicio charakteristikos

1.4 Monokristalinio silicio naudojimo pagrindimas

1.5 Monokristalinio silicio gamybos technologija

1.5.1 Puslaidininkinio grynumo silicio gavimas

1.5.2 Pavienių kristalų auginimas

1.6 Mechaninis monokristalinio silicio apdorojimas

1.6.1 Kalibravimas

1.6.2 Orientacija

1.6.3 Pjovimas

1.6.4 Šlifavimas ir poliravimas

1.6.5 Cheminis puslaidininkinių plokštelių ir substratų ėsdinimas

1.7 Pagrindų padalijimo į lentas veikimas

1.7.1 Deimantinis įbrėžimas

1.7.2 Lazerinis rašymas

1.8 Vaflių suskaidymas į kristalus

II dalis. Skaičiavimas

Išvada

Integrinių grandynų gamybos technologija – tai mechaninių, fizikinių ir cheminių metodų visuma, skirta įvairioms medžiagoms (puslaidininkiams, dielektrikams, metalams) apdirbti, kurių metu sukuriamas integrinis grandynas.

Darbo našumo didėjimą pirmiausia lemia technologijų tobulinimas, pažangių technologinių metodų diegimas, technologinės įrangos ir įrankių standartizavimas, rankų darbo mechanizavimas, pagrįstas technologinių procesų automatizavimu. Technologijos svarba puslaidininkinių įtaisų ir IC gamyboje ypač didelė. Būtent nuolatinis puslaidininkinių įrenginių technologijos tobulinimas tam tikrame jos vystymosi etape paskatino sukurti integrinius grandynus, o vėliau ir plačiai juos gaminti.

IC pradėta gaminti apie 1959 m., remiantis tuo metu pasiūlyta plokštumo technologija. Plokštumos technologijos pagrindas buvo kelių pagrindinių technologinių metodų sukūrimas. Kartu su technologinių metodų plėtra, IS plėtra apėmė jų elementų veikimo principų tyrimus, naujų elementų išradimą, puslaidininkinių medžiagų gryninimo metodų tobulinimą, jų fizikinius ir cheminius tyrimus, siekiant nustatyti tokias svarbias charakteristikas. kaip ribinis priemaišų tirpumas, donorų ir akceptorių priemaišų difuzijos koeficientai ir kt.

Per trumpą istorinį laikotarpį šiuolaikinė mikroelektronika tapo viena svarbiausių mokslo ir technologijų pažangos sričių. Didelių ir itin didelių integrinių grandynų, mikroprocesorių ir mikroprocesorinių sistemų sukūrimas leido organizuoti masinę didelės spartos elektroninių kompiuterių, įvairių tipų elektroninės įrangos, procesų valdymo įrangos, ryšių sistemų, automatinio valdymo ir reguliavimo sistemų bei prietaisų gamybą.

Mikroelektronika toliau sparčiai vystosi tiek puslaidininkių integruotos technologijos tobulinimo, tiek naujų fizikinių reiškinių panaudojimo kryptimi.

1.6.1 Kalibravimas

Puslaidininkinių medžiagų pavienių kristalų kalibravimas. Užtikrina, kad jiems būtų suteikta griežtai cilindro forma ir nurodytas skersmuo. Puslaidininkinių monokristalų kalibravimas dažniausiai atliekamas cilindrinio šlifavimo metodu universaliose cilindrinėse šlifavimo staklėse su deimantiniu šlifavimo disku, kurio grūdelių dydis yra 50/40 (pagrindinė frakcija yra 40 mikronų, o stambiųjų frakcijų kiekis - 50). mikronų dydžio, yra ne daugiau kaip 15%). Prieš kalibravimo operaciją prie monokristalo galų klijuojami metaliniai kūgiai („centrai“), naudojant lipnią mastiką, kad jų ašis sutaptų su išilgine monokristalo ašimi.

Po kalibravimo monokristalo paviršiuje, priklausomai nuo išilginio padavimo greičio, susidaro pažeistas sluoksnis, kurio gylis yra 50...250 μm. Jo buvimas substrato periferijoje gali sukelti lustų atsiradimą, o vėliau apdorojant aukštoje temperatūroje gali susidaryti struktūriniai defektai, plintantys į pagrindines pagrindo sritis. Norėdami pašalinti pažeistą sluoksnį, puslaidininkiniai pavieniai kristalai, kuriems buvo atlikta kalibravimo operacija, yra chemiškai ėsdinami.

6.2 Orientacija

Augant pavieniams kristalams, pastebimas nesutapimas tarp luito ašies ir kristalografinės ašies. Norint gauti plokštes, orientuotas tam tikroje plokštumoje, luitai yra orientuojami prieš pjovimą. Kristalų orientavimo būdus lemia jų pobūdis, detalės tipas ir funkcinė paskirtis. Optiškai izotropiniai dielektrikai orientuoti, kad būtų atsižvelgta į kristalo technologinių savybių įtaką detalės parametrų tikslumui. Anizotropiniams dielektrikams detalės laužiųjų ir atspindinčių paviršių padėtis priklauso nuo reikalingos šviesos srauto konversijos. Puslaidininkių orientacija apima kristalografinės plokštumos, kurioje medžiaga turi nurodytas elektrines savybes, nustatymą. Puslaidininkių orientacija atliekama rentgeno arba optiniais metodais.

Rentgeno metodas pagrįstas rentgeno spindulių atspindžiu nuo puslaidininkinės medžiagos paviršiaus. Atspindžio intensyvumas priklauso nuo atomų tankio tam tikroje plokštumoje. Kristalografinė plokštuma, tankiau užpildyta atomais, atitinka didesnį spindulių atspindžio intensyvumą. Puslaidininkinių medžiagų kristalografinės plokštumos pasižymi tam tikrais į jas patenkančių rentgeno spindulių atspindžio kampais. Šių kampų reikšmės siliciui: (111) -17°56", (110) - 30° 12", (100) - 44°23"

Rentgeno spindulių difraktometrinis metodas pagrįstas būdingos rentgeno spinduliuotės atspindžio kampo iš identifikuotos plokštumos matavimu. Tam naudojami bendrosios paskirties rentgeno spindulių difraktometrai, pavyzdžiui, DRON-1.5 tipo, arba rentgeno įrenginiai, pavyzdžiui, URS-50I (M) ir kiti su rentgeno goniometrais ir prietaisais. kurios užtikrina horizontaliai išsidėsčiusio monokristalo sukimąsi aplink ašį tam tikru greičiu.

Atliekant matavimus, rentgeno spindulys, patenkantis į vieno kristalo galinį pjūvį, yra nukreiptas į Braggo atspindžio kampą p. Rentgeno spindulių skaitiklis (Geiger) yra 2p kampu krintančio pluošto atžvilgiu. Jei orientuota plokštuma, pavyzdžiui (111), sudaro tam tikrą kampą ir su monokristalo galo pjūviu, tada atspindį nuo jo galima gauti pasukus monokristalą tuo pačiu kampu.

Atspindžio kampas nustatomas dviejų viena kitai statmenų ašių atžvilgiu, iš kurių viena yra brėžinio plokštumoje (3 pav.)

3 pav. Puslaidininkinių pavienių kristalų orientavimo schema naudojant rentgeno metodą: 1-nukrentamas rentgeno spindulys; 2- monokristalas; 3 - atspindėtas rentgenas: 4 - Geigerio skaitiklis

Optinis metodas pagrįstas tuo, kad ėsdinimo figūros atsiranda ant puslaidininkio paviršiaus, išgraviruoto selektyviniu ėsdintuvu, kurio konfigūraciją lemia jo kristalografinė orientacija. Ant (111) paviršiaus išgraviruotos figūros yra trikampės piramidžių formos, o (100) paviršiuje jos yra tetraedrinės. Kai tokiame paviršiuje yra lygiagretus šviesos pluoštas, atsispindėję spinduliai sudarys šviesos figūras ekrane.

Priklausomai nuo to, kaip stipriai monokristalo galo pjūvio plokštuma yra nukrypusi nuo plokštumos (hkl), atsispindėjusio šviesos pluošto suformuota šviesos figūra bus arčiau arba toliau nuo ekrano centro. Pagal šviesos figūros nuokrypio nuo ekrano nulinio padalos dydį nustatomas nuokrypio kampas, o monokristalo galo nuo plokštumos plokštuma (hkl). Tada pasukant monokristalą 90°, nustatomas kitas kampas P; Užbaigus monokristalo orientaciją, jo gale karbido pjaustytuvu uždedama rodyklė, kurios kryptis rodo, kuria kryptimi nuo monokristalo galo nukrypsta reikiama plokštuma. Puslaidininkinių monokristalų orientacijos tikslumas rentgeno metodu yra ± (2...6)", o optiniu metodu ±(15...30)".

1.6.3 Pjovimas

2 lentelė. Lyginamosios abrazyvinių medžiagų charakteristikos

Deimantas yra kiečiausia medžiaga. Apdorojant silicį, naudojami ir natūralūs, ir sintetiniai deimantai, kurie savo mechaninėmis savybėmis yra prastesnės už pirmuosius. Kartais naudojami boro karbidai B 4 C ir silicio SiC, taip pat elektrokorundas Al 2 O 3. Šiuo metu pjaustant silicio luitus į plokšteles, kaip pjovimo įrankis naudojami metaliniai diskai su vidine deimantine pjovimo briauna..

5 pav. Montavimo schema pjovimui deimantiniu disku: a - vidinis pjovimo būdas; b - šukavimo būdas (1 - būgnas; 2 - diskas; 3 - deimantinė danga; 4 - įtvaras; 5 - plokštė; 6 - luitas)

Po pjovimo gautas plokštelių paviršius neatitinka silicio paviršiaus kokybės reikalavimų, taikant plokštuminę technologiją. Naudojant elektronų difrakcinį skaitytuvą, nustatomas arti paviršiaus sluoksnių, kurie neturi monokristalinės struktūros. Pažeisto sluoksnio storis nupjovus disku yra 10 - 30 mikronų, priklausomai nuo disko sukimosi greičio. Kadangi IC gylis, kuriame yra p-n jungtys, yra vienetai ir dešimtosios mikrono, pažeistų 10–30 mikronų storio sluoksnių buvimas yra nepriimtinas. Paviršiaus mikronelygumas neturi viršyti 0,02 - 0,1 mikrono. Be to, plokštelės plokštumos lygiagretumo fotolitografija turėtų būti palaikoma ±1 µm skersmens plokštelės skersmenyje, o ne 10 µm po pjovimo.

6.4 Šlifavimas ir poliravimas

Norint užtikrinti reikiamą kokybę, plokščių paviršiai turi būti toliau apdirbami. Šį apdorojimą sudaro plokščių šlifavimas ir poliravimas. Plokštelių šlifavimas ir poliravimas atliekamas tiksliomis paviršiaus šlifavimo staklėmis, naudojant abrazyvines medžiagas, kurių grūdelių dydis yra apie 40 mikronų (mikromilteliai). Dažniausiai naudojamos mikromiltelių grupės su 14 mikronų ar mažesniais grūdeliais. 3 lentelėje parodyti pagrindinės naudojamų mikromiltelių frakcijos prekės ženklai ir grūdelių dydžiai. Mikromilteliai M14, M10, M7, M5 gaminami iš boro, silicio ir elektrokorundo karbidų, ASM markių mikromilteliai – iš deimantų.

3 lentelė. Mikromilteliai silicio plokštelėms šlifuoti ir poliruoti

Priklausomai nuo mikromiltelių tipo, parenkama malūnėlio paviršiaus medžiaga. Šlifuojant plokštes su M14-M15 mikromilteliais, poliruojant ASM mikromilteliais, naudojami specialūs šlifuokliai, kurių paviršius pagamintas iš medžiaginių medžiagų. Apdorojant plokštes, ant darbinio šlifuoklio montuojamos trys galvutės su klijuotomis plokštėmis. Galvutės nejudėtų aplink malūnėlį specialių kreipiamųjų laikiklių su atraminiais ritinėliais (6 pav.). Dėl trinties jėgos, atsirandančios tarp darbinio šlifuoklio ir galvučių besiliečiančių paviršių, pastarosios sukasi aplink savo ašis. Šis galvučių sukimas sudaro sąlygas tolygiai šlifuoti arba poliruoti.

4 lentelė. Mikromiltelių charakteristikos

Miltelių tipas	Pažeisto sluoksnio storis, µm	Medžiagos pašalinimo greitis, µm/min	Paviršiaus šiurkštumo klasė
M14	20 – 30	3	7
M10	15 – 25	1,5	8 – 9
ASM3/2	9 – 11	0,5 – 1,0	12 – 13
ASM1/0,5	5 – 7	0,35	13
ASM0,5/0,3	Mažiau nei 3	0,25	13 – 14
ASM0,3/0,1	Mažiau nei 3	0,2	14

6 pav. Paviršiaus šlifavimo staklių diagrama ir galvučių vieta : 1- dozavimo įtaisas su abrazyvine pakaba ; 2- krovinys ; 3- galva ; 4- lėkštės ; 5- malūnėlis ; 6- kreipiamasis volelis

Apskritai, mechaniškai apdorojant plokšteles, atitinkančias plokštumos technologijos reikalavimus, susidaro dideli silicio nuostoliai (apie 65%).

6.5 Cheminis puslaidininkinių plokštelių ir substratų ėsdinimas

Kartu pašalinamas paviršinis sluoksnis su mechaniškai pažeista kristalų struktūra, kartu pašalinami ir paviršiuje esantys teršalai. Marinavimas yra privaloma technologinė operacija.

Puslaidininkių rūgštinis ėsdinimas, remiantis chemijos teorija, vyksta keliais etapais: reagento difuzija į paviršių, reagento adsorbcija paviršiuje, paviršiaus cheminės reakcijos, reakcijos produktų desorbcija ir jų difuzija nuo paviršiaus.

Odinimo priemonės, kurių lėčiausios stadijos, lemiančios bendrą ėsdinimo procesą, yra difuzija, vadinamos poliravimu. Jie nejautrūs fiziniams ir cheminiams paviršiaus nehomogeniškumui, išlygina nelygumus, išlygina mikroreljefą. Ėsdinimo greitis poliravimo ėsdinimo priemonėse labai priklauso nuo ėsdinimo medžiagos klampumo ir maišymosi ir mažai priklauso nuo temperatūros.

Odinimo medžiagos, kurių lėčiausios stadijos yra paviršiaus cheminės reakcijos, vadinamos selektyviais. Atrankinių ėsdinimo medžiagų ėsdinimo greitis priklauso nuo temperatūros, struktūros ir paviršiaus kristalografinės orientacijos ir nepriklauso nuo ėsdinimo medžiagos klampumo ir maišymosi. Selektyvūs ėsdinimo medžiagos, kurių ėsdinimo greitis skirtingomis kristalografinėmis kryptimis skiriasi, paprastai vadinami anizotropiniais.

Paviršiaus cheminės reakcijos poliravimo ėsdinimo metu vyksta dviem etapais: puslaidininkio paviršinio sluoksnio oksidacija ir oksido pavertimas tirpiais junginiais. Odinant silicį, azoto rūgštis atlieka oksidatoriaus vaidmenį:

Vandenilio fluorido (hidrofluorido) rūgštis, kuri yra ėsdinimo medžiaga, paverčia silicio oksidą silicio tetrafluoridu:

Odavimui, kuris suteikia plokščių veidrodinį paviršių, naudojamas nurodytų rūgščių mišinys santykiu 3:1, ėsdinimo temperatūra 30...40 °C, ėsdinimo laikas apie 15 s.

Įbrėžtų plokščių sulaužymas yra labai svarbi operacija. Net ir gerai nubraižytas plokšteles sulaužius neteisingai, atsiranda defektų: įbrėžimų, drožlių, kristalo formos iškraipymo ir kt.

7.1 Deimantinis įbrėžimas

Įbrėžimo ir vėlesnio sulaužymo kokybė labai priklauso nuo deimantinio pjaustytuvo darbinės dalies būklės. Dirbant su pjaustytuvu su susidėvėjusiu pjovimo briaunu ar antgaliu, įbrėžimo metu atsiranda drožlių ir prastos kokybės lūžimo. Paprastai įbrėžimai atliekami pjaustytuvais, pagamintais iš natūralaus deimantų, kurie yra brangesni, palyginti su pigesniais sintetiniais deimantais. Plačiai paplito pjaustytuvai, turintys trikampės arba nupjautinės tetraedrinės piramidės formos pjovimo dalį (7 pav., c), kurios pjovimo elementai yra jos šonkauliai.

7.2 Lazerinis rašymas

Lazerinio braižymo metu (8 pav.) atskyrimo žymės tarp gatavų konstrukcijų sukuriamos siaurai puslaidininkinės medžiagos juostelei išgarinant nuo plokštelės paviršiaus, kai ji juda fokusuoto lazerio spindulio atžvilgiu. Dėl to plokštelėje susidaro gana gilūs (iki 50...100 µm) ir siauri (iki 25...40 µm) grioveliai. Siauras ir gilios formos griovelis atlieka mechaninio įtempio koncentratoriaus vaidmenį. Plokštei lūžus, dėl susidariusių įtempimų griovelio apačioje susidaro įtrūkimai, kurie plinta per visą plokštės storį, todėl ji išsiskiria į atskirus kristalus.

Kartu su gilaus dalijimo griovelio sukūrimu lazerinio įbrėžimo privalumas yra didelis našumas (100...200 mm/s), mikroįtrūkimų ir lustų nebuvimas puslaidininkinėje plokštelėje. Kaip pjovimo įrankis naudojamas impulsinis optinis kvantinis generatorius, kurio impulsų pasikartojimo dažnis yra 5...50 kHz ir impulso trukmė 0,5 ms.

8 pav. Puslaidininkinės plokštelės lazerinio nubrėžimo schema

8 Vaflių suskaidymas į kristalus

Plokščių suskaidymas į kristalus po įbrėžimo atliekamas mechaniškai, pritaikant jas lenkimo momentą. Kristalų defektų nebuvimas priklauso nuo naudojamos jėgos, kuri priklauso nuo bendrų kristalų matmenų ir storio santykio.

10 pav. Puslaidininkinės plokštelės sulaužymas riedant tarp ritinėlių: 1 - plokštelė; 2 - elastingas volelis; 3 - apsauginė plėvelė; 4 - plieninis volas; 5 - nešiklio plėvelė

1 plokštė, esanti žymėmis į viršų, yra susukta tarp dviejų cilindrinių ritinėlių: viršutinio elastinio (gumos) 2 ir apatinio plieno 4. Norint išlaikyti pradinę kristalų orientaciją, plokštė tvirtinama ant termoplastinės arba lipnios nešiklio plėvelės 5 o jo darbinis paviršius apsaugotas polietileno arba lavsano plėvele 3. Atstumas tarp ritinėlių, nustatomas pagal plokštės storį, nustatomas judant vieną iš jų.

Lūžtant ant sferinės atramos (11 pav.), plokštelė 2, esanti tarp dviejų plonų plastikinių plėvelių, dedama žymėmis žemyn ant guminės diafragmos 3, sferinė atrama 1 įvedama iš viršaus ir, naudojant diafragmą, plokštė prispaudžiama prie tai naudojant pneumatinius ir hidraulinius metodus, kurie suskaidomi į atskirus kristalus. Šio metodo privalumai – paprastumas, didelis produktyvumas (sulaužymas trunka ne ilgiau kaip 1-1,5 min.) ir vienpakopis pobūdis bei gana aukšta kokybė, nes kristalai nejuda vienas kito atžvilgiu.

5 lentelė – Pažeisto silicio plokštelių sluoksnio gylis po įvairaus mechaninio apdorojimo

II dalis. Skaičiavimas

BENDROSIOS LEIDOS UŽ MECHANINIŲ APDOROJIMŲ NUSTATYMAS

Z = Z GSh + Z TS + Z PP + Z FP,

kur Z yra apdirbimo taršos suma, Z GSh yra grubaus šlifavimo leidimas, Z TS yra smulkaus šlifavimo leidimas, Z PP yra išankstinio poliravimo leidimas, Z FP yra baigiamasis poliravimas.

m ∑ = ρ* l ∑ * S,

kur S yra ruošinio plotas, ρ = 2,3 g/cm yra silicio tankis.

m ∑ = 2,3 * 10 3 * 696,21 * 10 -6 * 0,0177 = 0,0283 kg

Apdoroto ruošinio svoris:

m = 2,3 * 10 3 * 550 * 10 -6 * 0,0177 = 0,0223 kg

M P = (N* m) / n,

kur M P yra naudingoji medžiagos masė.

k IM = M P / M,

čia k IM yra medžiagos panaudojimo koeficientas.

K MI = 11,903/16,479 = 0,722

Išvada

Kursiniame darbe buvo sukurtas puslaidininkinių integrinių grandynų lustų gamybos iš monokristalinio silicio technologinis procesas. Tuo pačiu metu nagrinėjamomis gamybos sąlygomis medžiagų panaudojimo koeficientas buvo 0,722. Tai rodo, kad produkcijos apdirbamumas yra gana aukštas, ypač ruošinių apdirbimo stadijoje, nes perdirbimui tinkama išeiga yra 81%. Medžiagų panaudojimo lygis yra gana aukštas, nors šis technologinis procesas buvo pradėtas gaminti palyginti neseniai.

Bibliografija

1. Berezin A.S., Mochalkina O.R.: Integrinių grandynų technologija ir projektavimas. - M. Radijas ir ryšiai, 1983. - 232 p., iliustr.

2. Gotra Z. Yu Mikroelektronikos prietaisų technologija: vadovas. - M.: Radijas ir ryšiai, 1991. - 528 p.: iliustr.

3. Koledovas L. A. Mikroschemų, mikroprocesorių ir mikrosąrankų technologija ir dizainas: vadovėlis universitetams. - M.: Radijas ir ryšys, 1989 m. - 400 p., iliustr.

4. Mikroschemų projektavimas ir technologija. Kurso dizainas: red. L. A. Koledova. - M.: Aukštesnis. mokykla, 1984. - 231 p., iliustr.

5. StepanenkoI. P. Mikroelektronikos pagrindai: Vadovėlis universitetams. - 2-asis leidimas, pataisytas. ir papildomas - M.: Pagrindinių žinių laboratorija, 2000 - 488 p., iliustr.

6. Černiajevas V. N. Integrinių grandynų ir mikroprocesorių gamybos technologija: vadovėlis universitetams. - 2-asis leidimas, pataisytas. ir papildomas - M.: Radijas ir ryšiai, 1987. - 464 p.: iliustr.

Įvadas

1.analitinė apžvalga

2. Technologinė dalis

1 Technologinio proceso aprašymas

2 Gamybinių patalpų klasės parinkimas

3 Pagrindinės medžiagos ir reagentai

4 Pagrindinės technologinės operacijos

4.1 Pagrindo valymas

4.2 Terminis oksidavimas

4.3 Litografiniai procesai

4.4 Jonų implantavimas

4.5 Metalizavimas

4.6 Tarpsluoksnio izoliacija

3. inžineriniai ir ekonominiai skaičiavimai

Išvada

Įvadas

Integrinių grandynų technologija vystėsi itin sparčiai ir sulaukė neįtikėtinos sėkmės. Elektronika išgyveno kelis vystymosi etapus, kurių metu pasikeitė kelios elementų bazės kartos: diskretinė elektrinių vakuuminių prietaisų elektronika, integruota mikroschemų elektronika (mikroelektronika), integruota funkcinių mikroelektroninių įrenginių elektronika (funkcinė mikroelektronika). Šiuo metu ji atlieka lemiamą vaidmenį tobulinant beveik visus šalies ūkio sektorius (integriniai grandynai naudojami kompiuteriuose, kompiuterizuotose projektavimo sistemose, pramoniniuose robotuose, komunikacijose ir kt.).

Puslaidininkinių integrinių grandynų (IC) gamyboje naudojami technologiniai procesai yra grupinio pobūdžio, t.y. Vienu metu gaminama daug IC. Daugybė technologinių operacijų leidžia apdoroti iki 200 plokštelių, o tai leidžia vienu metu pagaminti per milijoną elektroninių prietaisų.

Norint realizuoti dideles plokštumos technologijos galimybes, būtina įvykdyti nemažai bendrųjų gamybos reikalavimų ir tam tikrų technologinių sąlygų, užtikrinančių kokybiškų pusgaminių pavyzdžių gamybą visuose technologiniuose etapuose. Ir tai neįmanoma nenaudojant ypač grynų pagrindinių ir pagalbinių medžiagų, priskirtų specialiai klasei „puslaidininkių gamybai“, tikslios technologinės ir valdymo įrangos bei gamybos įrenginių, atitinkančių tokius aukštus technologinės higienos reikalavimus, kokių nėra jokiame kitame. pramonės šakoms.

Šio projekto tikslas – ištirti šiuolaikines technologines technikas gaminant kietojo kūno elektronikos gaminius ir sukurti MOS tranzistoriaus su Šotkio diodu gamybos technologinį procesą iki galo.

tranzistoriaus integrinė grandinė

1. Analitinė apžvalga

Izoliuotas lauko tranzistorius yra lauko tranzistorius, kurio užtvaras nuo kanalo elektriškai atskirtas dielektriko sluoksniu. Izoliuotas lauko efekto tranzistorius susideda iš puslaidininkinės plokštelės (padėklo), turinčios santykinai didelę savitąją varžą, kurioje sukuriamos dvi priešingo tipo elektros laidumo sritys). Metaliniai elektrodai yra naudojami šioms vietoms - šaltiniui ir nutekėjimui. Puslaidininkio paviršius tarp šaltinio ir nutekėjimo yra padengtas plonu dielektriko sluoksniu (dažniausiai silicio oksido sluoksniu). Ant dielektriko sluoksnio uždedamas metalinis elektrodas – vartai. Gaunama konstrukcija, susidedanti iš metalo, dielektriko ir puslaidininkio (1 pav.). Todėl lauko tranzistoriai su izoliuotais užtaisais dažnai vadinami MOS tranzistoriais arba MOS tranzistoriais (metalo oksido (oksido) puslaidininkiais).

1 paveikslas – MOS tranzistoriaus topologija ir pagrindiniai elementai

MOS-IC gamybos technologija užima dominuojančią vietą tarp puslaidininkinių IC gamybos procesų. Tai paaiškinama tuo, kad MOS tranzistoriais pagrįsti IC sudaro didelę pagrindinių mikroelektronikos gaminių, skirtų įvairiems funkciniams tikslams, dalį. Dėl didelio patikimumo ir didelio funkcinio sudėtingumo MOS-IC turi mažesnius geometrinius matmenis nei IC, pagrįsti dvipoliais tranzistoriais. MOS-IC lustų gamybos technologija daugeliu atžvilgių yra panaši į bipolinių IC technologiją. Skirtumą lemia daugybė pačių MOS-IC dizaino ir technologinių ypatybių.

Yra MOS tranzistoriai su įmontuotu ir indukuotu kanalu:

· Kanalo MOSFET turi specialų lusto kanalą, kurio laidumą moduliuoja vartų poslinkis. P tipo kanalo atveju teigiamas kanalas atstumia skyles iš kanalo (išeikvojimo režimas), o neigiamas kanalas pritraukia (sodrinimo režimas). Atitinkamai, kanalo laidumas mažėja arba padidėja, palyginti su jo verte, kai poslinkis nulinis.

· Indukuoto kanalo MOSFET tarp stipriai legiruoto šaltinio ir nutekėjimo sričių atsiranda laidus kanalas, todėl pastebima nutekėjimo srovė atsiranda tik esant tam tikram poliškumui ir tam tikrai užtūros įtampos vertei šaltinio atžvilgiu (neigiama p kanalui ir teigiamas n kanalui). Ši įtampa vadinama slenkstine.

Pirmieji pramoninėje gamyboje buvo p-MOS-IC, nes n-MOS-IC gamybą apsunkino p-Si atsiradimas ant paviršiaus terminės oksidacijos metu atvirkštinio n sluoksnio, kuris elektriškai sujungia IC elementus. Tačiau šiuo metu gamyboje dominuoja n kanalų IC.

Tranzistoriai su kanalo elektroniniu laidumu turi geresnes charakteristikas, nes elektronų mobilumas silicyje žymiai viršija skylių mobilumą.

MDP-IC gaminami naudojant plokštuminę technologiją. Svarbiausi momentai technologiniame procese yra: vartų dielektriko sukūrimas, tikslus vartų sulygiavimas su kanalu ir trumpo kanalo ilgio konstrukcijų gavimas.

Lauko tranzistorius su izoliuotais užtaisais gali būti derinamas su Schottky diodu. Integruotas Šotkio diodas yra puslaidininkio-metalo kontaktas, ant kurio susidaro vadinamasis Šotkio barjeras. Tokio tipo perėjimai, atlikti atsižvelgiant į tam tikrus reikalavimus, pasižymi tokiais efektais kaip srovės įtampos charakteristikos asimetrija ir barjerinės talpos buvimas. Norint gauti tokius perėjimus, metalas, nusodintas kaip elektrodas ant elektroninio puslaidininkio paviršiaus, turi turėti mažesnę nei puslaidininkio darbinę funkciją; ant skylės puslaidininkio paviršiaus nusodintam elektrodui reikalingas didesnę darbinę funkciją turintis metalas (2 pav.).

2 pav. Schottky mainų formavimosi juostos diagrama metalo ir p tipo puslaidininkio sąlyčio taške

Šiuo atveju puslaidininkyje ties sąsaja su metalu susidaro sluoksnis, praturtintas daugumos nešikliais, užtikrinantis didelį sandūros laidumą nepriklausomai nuo srovės krypties.

Apskritai, gaminant MOS tranzistorių su Schottky diodu, nereikia įdiegti papildomų technologinių operacijų.

2. Technologinė dalis

1 Technologinio proceso aprašymas

3 pav. MOS tranzistoriaus su Šotkio diodu gamybos technologinių operacijų seka

Boras įvedamas į pradinę plokštelę, naudojant jonų implantaciją, kad būtų gautas p tipo substratas (3 pav., a).

Po to, naudojant fotolitografiją ir fosforo jonų implantaciją, susidaro sritys, kuriose yra padidėjęs donorų kiekis (3 pav., c-e).

Vėliau užauginamas papildomas silicio dioksido sluoksnis. Kadangi temperatūra šiame etape yra aukšta, šios operacijos metu fosforo priemaišos pasiskirsto tolygiau per paviršinį pagrindo sluoksnio storį (3 pav., g).

Naudodami įprastą fotolitografiją, pašaliname silicio oksidą zonoje, skiriančioje būsimo tranzistoriaus kanalizaciją ir šaltinį (3h pav.).

Dabar pati svarbiausia operacija visame gamybos cikle yra vartų dielektriko auginimas (3 pav., i).

Dabar belieka suformuoti drenažo, šaltinio ir vartų elektrodus, taip pat Schottky jungtį. Dabar šią metalizaciją parodysime supaprastintai (3 pav., j), o tada plačiau apsvarstysime jos formavimo principus (2.4.5 skyrius).

2 Gamybinių patalpų klasės parinkimas

Šiuolaikiniai švaros klasių reikalavimai švarioms patalpoms ir švarioms zonoms pagrįsti standartais, apibrėžtais JAV federaliniame standarte FS209E. Parengtas Rusijos standarto projektas yra suderintas su šiuo JAV standartu.

Grynumo kriterijus yra teršalų dalelių nebuvimas arba minimalus skaičius, kurios, būdamos plokštelės paviršiuje, gali sukelti išaugusių sluoksnių defektus arba trumpuosius jungimus gretimuose arti esančiuose IC elementuose.

1 lentelė. Švarių patalpų ore sklindančių dalelių švarumo klasės

Švarumo klasė Didžiausia leistina skaitinė dalelių koncentracija N (vnt./m 3) dydis lygus ir didesnis (µm) 0,10,20,30,51,0 1 klasė ISO102 --- 2 klasė ISO10024104 - 3 klasė ISO1000237102358 4 klasė ISO10000237010203528 502010302 20832 6 klasė ISO1000000237000102000352008320 7 klasė ISO---35200083200 8 klasė ISO-- -35200008320009 klasė ISO---352000008320000

Kiekybinis kriterijus – kritinis dalelių dydis – trečdalis minimalaus geometrinio horizontalaus IC elemento dydžio:

Taigi galite pasirinkti švarią patalpą, atitinkančią švaros klases nuo ISO 1 iki ISO 6. Taip pat orientuodamiesi į kainą, parenkame ISO 2 švaros klasę, kuriai didžiausia leistina ore sklindančių dalelių koncentracija yra lygi arba didesnė už nagrinėjamą dydį. yra 0,2 mikrono (dalelių skaičius 1 m3 oro) yra:

kur N yra ISO švarumo klasės numeris; D yra nagrinėjamos dalelės dydis, mikronais.

3 Pagrindinės medžiagos ir reagentai

Daugelį metų monokristalinis silicis išliko pagrindine puslaidininkine medžiaga, naudojama integriniams grandynams gaminti. Silicio plokštelės yra pagrindas, kurio paviršiaus sluoksniuose sukuriamos puslaidininkių sritys su nurodytomis elektrinėmis charakteristikomis. Dielektriniai sluoksniai susidaro ant silicio paviršiaus oksiduojant pačiai puslaidininkinei medžiagai arba naudojant dielektrikus iš išorinių šaltinių; susidaro daugiasluoksnės metalizacijos konstrukcijos, apsauginiai, stabilizuojantys sluoksniai ir pan. Išsamiai parengti reikalavimai silicio plokštelėms, tuo pačiu yra visas SEMI asociacijos tarptautinių standartų katalogas, reikalavimai siliciui ir toliau didėja, o tai siejama su nuolatiniu siekiu mažinti sąnaudas galutinio produkto – integrinių grandynų.

Žemiau pateikiamos kai kurios silicio plokštelių geometrinės charakteristikos pagal technines specifikacijas ETO.035.124TU, ETO.035.206TU, ETO.035.217TU, ETO.035.240TU, ETO.035.578TU, PBCO.032.015TU.

Plokštės skersmuo 100 mm.

Silicio substrato (100) orientacija turi pranašumą prieš (111) didesnio elektronų mobilumo orientaciją dėl mažo paviršiaus būsenų tankio silicio ir izoliatoriaus sąsajoje.

Plokštės storis 500 mikronų.

Storio verčių pasiskirstymas partijoje yra ±10 µm.

Storio verčių pasiskirstymas per plokštę yra ±12 µm.

Įlinkis 20 mikronų.

Plokštumo nuokrypis ±5 µm.

Dejonizuotam vandeniui keliami aukšti reikalavimai priemaišoms ir mechaninėms dalelėms. 2 lentelėje pateikiamos ištraukos iš tarptautinės asociacijos SEMI rekomendacinės medžiagos, nurodančios rekomenduojamus itin gryno vandens parametrus puslaidininkinių integrinių grandynų, kurių minimalus elemento dydis yra 0,8-1,2 mikrono, gamybai. Atitinkamas skystųjų reagentų indeksavimas pagal SEMI standartus yra parašytas kaip SEMI C7.

Vandens elektrinės varžos parametro vertė turėtų būti artima teorinei 18,2 MOhm cm vertei.

Oksiduojamų organinių medžiagų kiekis, ppb<10Содержание тяжелых металлов, ppb<3Частиц/литр 0,1-0,2U 0,2-0,3U 0,3-0,5U >0,5 U<1500 <800 <50 <1Бактерии/100мл<5SiO23Jonų kiekis, ppb Na +K +Cl -Br -NE 3-TAIP 42-Bendras jonų skaičius, ppb 0,025 0,05 0,025 0,05 0,05 0,2<0.2Сухой остаток, ppm<0,05

Be lentelėje nurodytų parametrų, SEMI rekomendacijose pateikiami duomenys apie kai kurių metalų pėdsakų buvimą vandenyje. Analizė atliekama šių metalų kiekiui: Li, Na, K, Mg, Ca, Sr, Ba, B, Al, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Pb.

SEMI C7 klasės vandeniui, visiems be išimties šiems elementams, leistina pėdsakų koncentracija svyruoja nuo 0,001 iki 0,005 ppb.

Skystųjų chemikalų, naudojamų integrinių grandynų gamyboje, grynumo lygis nustatomas pagal tarptautinius standartus ir turi įvairias gradacijas, atsižvelgiant į integrinių grandynų sudėtingumo lygį.

"2 klasė" turi standartinį pavadinimą, prasidedantį simboliais SEMI C7. „2 laipsnio“ grynumo reagentai naudojami gaminant integrinius grandynus, kurių projektavimo standartai yra 0,8–1,2 mikrono diapazone, o tai atitinka užduoties reikalavimą. „2 laipsnio“ reagentuose kontroliuojamos 0,5 mikrono ir didesnės pašalinės dalelės. Beveik visame reagentų asortimente didžiausia norma yra 25 dalelės 1 ml reagento. Tokių reagentų specifikacijose nurodyta, kad metalo pėdsakų yra 5–10 ppb.

Be didelio grynumo cheminių medžiagų standartų, buvo parengtos specifikacijos gairių forma.

Pagal juos suformuoti trys švaros reikalavimų lygiai (pakopos): A, B, C (anglų kalba - Tier A, Tier B, Tier C). A lygis atitinka SEMI C7 standarto reikalavimus. Atitinkamai, šio technologinio proceso reagentai turi atitikti A pakopą.

Dujos vaidina išskirtinį vaidmenį integrinių grandynų gamybos technologijoje. Beveik visi technologiniai procesai vyksta dujinėje aplinkoje, o „be taršos“ puslaidininkinių įtaisų gamybos problema didžiąja dalimi yra dujų grynumo problema. Dujinės terpės yra dviejų tipų: nešančiosios dujos ir technologinių procesų cheminių reakcijų dujos. Nešančių dujų dalinis slėgis, kaip taisyklė, yra didelis, todėl jų grynumas, atsižvelgiant į didelę koncentraciją darbinėje dujinėje aplinkoje, yra ypač svarbus technologijoje.

3 lentelė. Dujos IC gamybos procesuose

Nr. Pavadinimas Cheminė formulė Pagrindinės medžiagos kiekis, % Bendras priemaišų kiekis (ppm dalys mol/mol) 1 Amoniakas NH 399.998122ArgonasAr99.999900.953ArsineAsH 399,94533 (iš kurių 500 ppm yra vandenilis H 2)4Boro trichloridasBCl 399,9995 (pagal masę skystoje fazėje)5 (pagal masę skystoje fazėje) 5Boro trifluoridasBF 399.00.94% - vandenyje netirpios dujos, 200 ppm - SiF 4. Kitos priemaišos – 28 ppm.6 Anglies tetrafluoridasCF 499,99730, įskaitant 20 - N 2, 5 - O 27DiboranB 2H 699.81012, iš kurių 500 yra CO 2 300 – B 4H 10- tetraboranas 50 - H 250 – N 28 Dichlorsilanas H 2SiCl 299Pagrindinės priemaišos yra kiti skystoje fazėje esantys chlorsilanai9HelisHe99.99954.510HeksafluoretanasC 2F 699.9963911 VandenilisH 299.99972.812 Vandenilio chloridasHCl99.9972813 Fluoro anhidridasHF99.94525, įskaitant 200 - vandens garus pagal tūrį14 AzotasN 299.999990.115 Azoto trifluoridasNF 399.81000, įskaitant CF 4– 500, CO – 130, N 2-100, O 2- 10016 Azoto oksidasN 2O99.99726, įskaitant 10 – N 217 OxygenO 299.998218FosfinasPH 399.98181, įskaitant 100 – H 2, 50 - N 219 MonosilaneSiH 499.9945920Silicio tetrachloridasSiCl 499.6 Pagrindinės priemaišos: SiH 2Cl 2- 0,2% skystoje fazėje, SiHCl 3- 0,2% skystoje fazėje 21 Sieros heksafluoridasSF 699.97209, įskaitant 100 – CF 422 Volframo heksafluoridasWF 699,99639, įskaitant 20 – HF23 chloro trifluoridąClF 3

4 Pagrindinės technologinės operacijos

2.4.1 Pagrindo valymas

Akivaizdu, kad bet kuriame substrate yra tam tikras kiekis teršalų. Tai gali būti dulkių dalelės, įvairių medžiagų, tiek neorganinių, tiek organinių, molekulės. Dulkių dalelės pašalinamos mechaniniu šepečiu arba ultragarsu. Naudojami metodai naudojant išcentrinius purkštukus. Cheminio valymo procedūra dažniausiai atliekama pašalinus neorganines molekules ir atomus ir susideda iš organinių teršalų pašalinimo.

Įprasta valymo procedūra atliekama mišinyje H 2OI 2O 2-NH 4OH, kuris užtikrina organinių junginių pašalinimą dėl amonio hidroksido solvatuojančio ir vandenilio peroksido oksiduojančio poveikio. Norėdami pašalinti sunkiuosius metalus, naudokite tirpalą H 2OI 2O 2-HCl. Toks substratų valymas atliekamas ~80 temperatūroje º C 10-20 minučių, po to jie nuplaunami ir išdžiovinami.

4.2 Terminis oksidavimas

Puslaidininkių oksidacija reiškia jų sąveikos su oksiduojančiomis medžiagomis procesą: deguonį, vandenį, ozoną ir kt.

Silicio dioksido sluoksnis dažniausiai susidaro ant silicio plokštelės dėl silicio ir deguonies atomų cheminės sąveikos puslaidininkio paviršiuje. Deguonis yra oksiduojančioje aplinkoje, su kuria liečiasi silicio substrato paviršius, įkaitintas orkaitėje iki 900–1200 °C temperatūros. Oksidacinė terpė gali būti sausas arba šlapias deguonis. Scheminis įrenginio vaizdas parodytas 4 paveiksle (šiuolaikiniuose įrenginiuose plokštės pagrindo laikiklyje yra vertikaliai).

4 pav. terminio oksidacijos proceso įrengimo schema

Reikalavimai įrangai:

1)pagrindo laikiklio temperatūra kontroliuojama 1 laipsnio tikslumu;

2)sklandaus temperatūros didėjimo ir mažėjimo reaktoriuje užtikrinimas (dviejų pakopų šildymas);

)pašalinių dalelių nebuvimas reaktoriuje (substrato laikiklis pirmiausia įkišamas į reaktoriaus vamzdį, o po to nuleidžiamas į apačią);

)pašalinių priemaišų, ypač natrio jonų, nebuvimas reaktoriaus vidiniame paviršiuje (siekiant juos pašalinti, reaktoriaus vamzdis iš anksto prapučiamas chloru);

)užtikrinant silicio plokštelių įvedimą į reaktorių iš karto po jų cheminio valymo.

Cheminė reakcija, vykstanti silicio plokštelės paviršiuje, atitinka vieną iš šių lygčių:

· oksidacija sausoje deguonies atmosferoje (sausoji oksidacija): Si televizorius + O 2= SiO 2;

· oksidacija vandens garuose (šlapioji oksidacija): Si televizorius +2H 2O = SiO 2+ 2H 2;

· terminė oksidacija esant chlorui (chloro oksidacija);

· oksidacija vandens garuose aukštesnėje temperatūroje ir slėgyje (hidroterminė oksidacija).

Esant tokiai pačiai temperatūrai, vandens difuzijos koeficientas silicio diokside yra žymiai didesnis nei deguonies difuzijos koeficientas. Tai paaiškina didelius oksido augimo greičius drėgname deguonyje. Plėvelių auginimas tik drėgname deguonyje nenaudojamas dėl prastos oksido kokybės. Sausame deguonyje gaunamos geresnės plėvelės, tačiau jų augimo greitis per mažas.

Maskuojant vietinio gydymo metu, oksidacija atliekama sauso-šlapio-sauso deguonies režimu. MOS konstrukcijų vartų dielektrikui formuoti naudojamas sausas deguonis, nes Filmai yra kokybiškesni.

4.3 Litografiniai procesai

Pagrindinis litografijos tikslas mikroschemų konstrukcijų gamyboje yra gauti kontaktines kaukes su langais plokščių paviršiuje, atitinkančiais formuojamų technologinių sluoksnių topologiją, ir tolesnį topologijos (rašto) perkėlimą iš kaukės į šio sluoksnio medžiaga. Litografija yra sudėtingas technologinis procesas, pagrįstas rezistuose vykstančių reiškinių panaudojimu aktininio švitinimo metu.

Atspariai, kurių tirpumas ryškaluose po švitinimo padidėja, vadinami teigiamais. Neigiami rezistai po švitinimo tampa praktiškai netirpūs ryškaluose.

Standartinė elektronikos pramonės praktika yra optinė litografija – fotolitografija (5 pav.), kuriai naudojami fotorezistai, jautrūs aktininei spinduliuotei, kurios bangos ilgis yra nuo 200 iki 450 nm. Fotorezistai yra sudėtingos polimerinės kompozicijos, kuriose yra šviesai jautrių ir plėvelę formuojančių komponentų, tirpiklių ir specialių priedų.

Projekte naudojamas teigiamas, kokybiškas ir stabilus fotorezistas FP-20F, skirtas kontaktiniams ir projekciniams fotolitografiniams procesams įgyvendinti puslaidininkinių įtaisų ir integrinių grandynų gamyboje. Atitinkamai, ėsdinimui gali būti naudojamas silpnas vandeninis KOH arba NaOH tirpalas.

Optimaliausias fotorezisto panaudojimo būdas yra centrifugavimas. Substratas tvirtinamas ant horizontalios centrifugos. Ant pagrindo užtepama 1-5 ml fotorezisto (priklausomai nuo pagrindo dydžio). Centrifuga sukama 1000-3000 aps./min greičiu (priklausomai nuo fotorezisto markės). Sukasi 1-2 minutes, kol susidaro fotorezisto plėvelė, o tirpiklis išgaruoja.

5 pav. - Fotolitografinio proceso pagrindinių operacijų schema

Yra keletas ekspozicijos metodų projekte naudosime nekontaktinį (6 pav.). Projekcinis spausdinimas visiškai pašalina šablono paviršiaus pažeidimus. Šablono topologinio rašto vaizdas projektuojamas ant rezistu padengtos plokštės, kuri yra kelių centimetrų atstumu nuo šablono.

Šviesos šaltinis; 2- optinė sistema; 3- šablonas;

Fotorezistas; 5- silicio plokštelė.

6 pav. Projekcinio spausdinimo schema

Norint pasiekti didelę skiriamąją gebą, rodoma tik nedidelė šablono dizaino dalis. Šis mažas atspindėtas plotas nuskaitomas arba perkeliamas per plokštelės paviršių. Nuskaitymo projekcijos spausdinimo įrenginiuose šablonas ir plokštė juda sinchroniškai.

Džiovinant fotorezistą labai svarbu pasirinkti tinkamą temperatūrą ir laiką. Fotorezisto džiovinimas bus atliekamas labiausiai paplitusiu būdu - IR spinduliuote. Tokiu atveju tirpiklis tolygiai pašalinamas per visą rezistinio sluoksnio storį ir nevyksta jo tankinimas, o džiūvimo laikas sutrumpėja iki kelių minučių.

4.4 Jonų implantavimas

Svarbiausias technologinis uždavinys išlieka puslaidininkinių medžiagų legiravimas, siekiant gauti nurodytus elektrinius sluoksnių parametrus formuojant tam tikrą IC geometrinę struktūrą. Yra du dopingo tipai: difuzija (apima priemaišos pašalinimo ir vėlesnio pagreičio etapus) ir joninė.

Labiausiai paplitęs yra jonų implantavimas (jonų dopingas), kaip jonizuotų atomų įvedimo į taikinį procesas, kurio pakanka energijos, kad prasiskverbtų į arti paviršiaus esančias sritis (7 pav.). Šis metodas išsiskiria savo universalumu (į bet kurią kietą medžiagą galima patekti bet kokių priemaišų), legiravimo proceso grynumu ir tikslumu (nekontroliuojamų priemaišų patekimas praktiškai pašalinamas) ir žema proceso temperatūra.

Jonų šaltinis; 2 - masės spektrometras; 3 - diafragma; 4 - aukštos įtampos šaltinis; 5 - greitėjimo vamzdis; 6 - lęšiai; 7 - objektyvo maitinimo šaltinis; 8 - vertikalios sijos nukreipimo sistema ir sijos išjungimo sistema; 9 - horizontalios sijos nukreipimo sistema; 10 - neutralių dalelių absorbcijos taikinys; 11 - substratas.

7 pav. Jonų legiravimo įrengimo schema

Implantuojant jonus, atsiranda daugybė nepageidaujamų poveikių, tokių kaip kanalizacijos efektas, paviršinio substrato sluoksnio amorfizacija ir radiacijos defektų susidarymas.

Kanalizacijos efektas pastebimas, kai jonas patenka į laisvą erdvę tarp atomų eilių. Toks jonas palaipsniui praranda energiją dėl silpnų slydimo susidūrimų su kanalo sienelėmis ir galiausiai palieka šią sritį. Atstumas, kurį jonas nukeliauja kanale, gali būti kelis kartus didesnis nei jono kelio ilgis amorfiniame taikinyje, o tai reiškia, kad priemaišų pasiskirstymo profilis yra netolygus.

Įvedant jonus į kristalinį silicio substratą, jie susiduria su elektroniniais ir branduoliniais susidūrimais, tačiau tik branduolinė sąveika lemia silicio atomų poslinkį. Lengvieji ir sunkieji jonai skirtingai sąveikauja su substratu.

Lengvieji jonai, patekę į taikinį, iš pradžių patiria daugiausia elektroninį stabdymą. Išstumtų atomų pasiskirstymo per pagrindo gylį profilyje yra paslėpta koncentracijos maksimumas. Kai sunkieji jonai prasiskverbia, juos iš karto pradeda stipriai slopinti silicio atomai.

Sunkieji jonai išstumia daugybę tikslinių atomų iš kristalinės gardelės vietų šalia substrato paviršiaus. Galutiniame spinduliuotės defektų tankio pasiskirstymo profilyje, kuris pakartoja išmuštų silicio atomų laisvųjų kelių pasiskirstymą, yra plati paslėpta smailė. Pavyzdžiui, šviesos jonai 11B patirtis daugiausia elektroninio stabdymo, sunkiųjų jonų 31P arba 75Kaip – ​​slopina silicio atomai.

Šiuo atžvilgiu po jonų dopingo būtina atlikti atkaitinimą po implantacijos, kad būtų atkurta arti paviršiaus esanti taikinio sritis.

Drenažo ir šaltinio sritis formuosime įvesdami fosforo, o norėdami gauti p tipo substratą, pradinį substratą legiruosime boru.

4.5 Metalizavimas

Metalizacija užbaigia puslaidininkinių konstrukcijų formavimosi procesą. Kiekvienam IC patartina atlikti metalizavimą iš vienos medžiagos. Metalizavimo procesą sudaro mažos varžos jungčių diegimas ir mažo atsparumo kontaktų sukūrimas su labai legiruotomis p ir n tipo sritimis ir polikristalinio silicio sluoksniais.

Pagal kursinio projekto užduotį reikia suformuoti 3 metalizavimo sluoksnius. Ši metalizacija labiau atitinka keliamus reikalavimus, tačiau yra mažiau technologiškai pažangi, nes yra daugiau nei vienas metalo sluoksnis.

Ugniai atsparūs metalai, ypač molibdenas ir vanadis, dažniausiai naudojami kaip pirmasis oksido metalizacijos sluoksnis. Jie turi didesnį laidumą nei kiti ugniai atsparūs metalai, pasižymi dideliu stabilumu, geru sukibimu, lengvai išgraviruojami fotolitografijos būdu. Jie turi mažai tirpti substrato medžiagoje ir sukurti gerą ominį kontaktą su puslaidininkiu ir žemą slenkstinę įtampą. Antrasis sluoksnis dažniausiai būna aliuminis, o ypač kritiniuose įrenginiuose – auksas. Jis turi būti labai laidus.

Paskutinis metalizacijos sluoksnis panaudojimo tvarka, vadinamas laidžiu sluoksniu, turi turėti gerą elektros laidumą ir užtikrinti kokybišką kontaktinių trinkelių prijungimą prie korpuso gnybtų. Laidiems sluoksniams naudojamas varis, aliuminis ir auksas.

Yra daug metalinių plėvelių gamybos būdų. Sunku gauti aukštos kokybės neužterštos plėvelės naudojant terminį vakuuminį nusodinimą. Aliuminio plėvelės, gautos terminio vakuuminio garinimo būdu, turi didelius grūdelių dydžių netolygumus ir didelę koncentraciją grūdelių viduje. Vėlesnis jų terminis apdorojimas sukelia metalų atomų migraciją ir jų kaupimąsi aplink dideles daleles, susidarant dideliems gumbams. Tokių plėvelių raštų gavimas fotolitografijos būdu lemia didelius kraštų nelygumus dėl ėsdinimo anizotropijos išilgai grūdelių ribų. Todėl norint gauti labai mažo pločio metalizavimo linijas, atsisakoma terminio vakuumo procesų. Laboratorinėmis sąlygomis dažniau naudojamas cheminio plėvelių nusodinimo iš garų-dujų mišinio metodas. Elektronų spindulys, nepaisant to, kad apsunkina įrenginio konstrukciją, gali sumažinti plėvelės užterštumą ir padidinti proceso našumą (8 pav.). Optimalus plėvelės augimo greitis yra 0,5 µm/min. Šiuo metodu dedamos aliuminio ir jo lydinių, taip pat Si, Pd, Au, Ti, Mo, Pt, W plėvelės.

Elektronų pluošto išgarinimo pranašumai yra šie:

· galimybė naudoti didelės masės šaltinius (dedant storas plėveles nereikia perkrauti);

· galimybė nuosekliai naudoti įvairias plėveles iš gretimų šaltinių, esančių toje pačioje kameroje;

· didelis plėvelės augimo greitis;

· galimybė purkšti ugniai atsparias medžiagas.

Šotkio barjeras pagal savo funkcijas nepriklauso metalizacijai, tačiau pagal formavimo technologiją gali būti priskiriamas metalizacijai, nes tai panašu į ominių kontaktų su aktyviomis sritimis gavimą. Svarbiausias Šotkio barjerų formavimo etapas yra metalo-puslaidininkio poros ir optimalių režimų parinkimas.

Taigi, kontaktiniam sluoksniui naudosime platinos silicidą, kuris bus taikomas elektronų pluošto išgarinimo būdu, išgarinant iš dviejų šaltinių. Schottky barjerą suteiks titano ir volframo lydinys, nusodintas ant silicio, naudojant tą patį metodą. Iš esmės šis lydinys bus panašus į stipriai legiruotą regioną. Laidžiam sluoksniui naudojame aliuminį, taip pat nusodintą elektronų pluošto garavimo būdu.

4.6 Tarpsluoksnio izoliacija

LSI ir VLSI naudojama kelių lygių metalizacija. Elementų skaičiaus padidėjimas taip pat padidina elementų tarpusavio jungčių plotą, todėl jie yra išdėstyti keliais lygiais, atskirti izoliaciniais sluoksniais ir sujungti tarpusavyje tinkamose vietose.

Izoliacinės dielektrinės plėvelės turi turėti didelę skilimo įtampą, mažą dielektrinę konstantą ir nuostolius, minimalią cheminę sąveiką su gretimomis plėvelėmis, mažą mechaninio įtempio lygį, mažą susieto elektros krūvio tankį, aukštą cheminį stabilumą ir gamybiškumą gaminant plėveles ir kuriant raštus. Nepriimtinas mikroskylių buvimas, dėl kurio gali atsirasti trumpasis jungimas tarp metalizavimo sluoksnių.

Daugiapakopė metalizavimo technologija apima pirmojo metalizacijos lygio formavimą, izoliacinio sluoksnio gavimą su vėlesniu tarppakopių kontaktinių langų atidarymu, antrojo metalizavimo sluoksnio formavimą ir kt.

Daugelis komerciškai gaminamų IC yra pagaminti iš aliuminio metalizavimo su izoliaciniais SiO sluoksniais 2. Silicio dioksido plėveles galima nusodinti su legiruojančiais priedais arba be jų. Svarbiausias parametras SiO nusodinimo metu 2- reljefo atkartojamumas (9 pav.).

9 pav. Konformalus reprodukcija. Plėvelės storis ant laiptelio sienelių nesiskiria nuo dugno ir paviršiaus storio. Dėl greitos paviršinės migracijos

Šiame projekte kaip izoliacinė plėvelė tarp daugiapakopės metalizacijos naudojama nelegiuota silicio dioksidas, padengtas cheminiu garų nusodinimu (10 pav.). Pastarasis pagrįstas pirolizės reiškinio arba cheminių reakcijų panaudojimu formuojant izoliacinės medžiagos plėveles.

10 pav. Įrenginys plėvelės formavimui cheminiu garų nusodinimu esant normaliam slėgiui

Monosilanas SiH naudojamas kaip reaktyviosios dujos. 4ir deguonis, ir azotas kaip buferinės dujos.

SiH 4+ O 2→ SiO 2+ 2H 2

Šis procesas yra žemiausia temperatūra norint gauti aukštos kokybės dielektrinius SiO sluoksnius 2(reakcija vykdoma 200-400 laipsnių temperatūroje º SU). Trūkumas yra tas, kad silanas yra degus ir sprogus. Plėvelės susidaro labai švarios, tačiau dėl žemos temperatūros yra birios. Norint to išvengti, būtina griežtai reguliuoti silano koncentraciją dujų fazėje ir tiekti ją tiesiai į plokštelių paviršių, užkertant kelią SiO augimui. 2dujų fazėje.

3. inžineriniai ir ekonominiai skaičiavimai

Projekto tema: Puslaidininkinių integrinių grandynų gamybos technologinio proceso sukūrimas

Technologijos tipas: MOSFET su Schottky diodu

Pagrindo medžiaga: Si

Pradiniai projekto duomenys:

Kristalo (lusto) dydis 10x10 mm2

Minimalus IP elemento dizaino standartas 0,3 µm

Defektų tankis viename sluoksnyje 0,1 def/cm2

Metalizavimo sluoksnių skaičius 1

Tinkamų konstrukcijų derlingumo procentas ant plokštės (Y) apskaičiuojamas pagal šią formulę:

čia D0 – savitasis defektų tankis fotolitografijoje, def/cm2; A – aktyvusis kristalo plotas, cm2; F – fotolitografinių procesų skaičius visame IC gamybos technologiniame cikle.

Bendra tinkamų produktų gamybos apimtis apskaičiuojama remiantis pradiniais duomenimis. Tinkamų konstrukcijų išeiga ant plokštės: ,

kur Apl yra 100 mm skersmens plokštės aktyvus plotas, A yra elemento plotas, cm2.

Metinė gamybos apimtis paleidžiant į apyvartą Z = 300 plokštelių per dieną, jei surinkimo operacijose tinkamų gaminių išeiga yra W = 95%:

Lentelė. MOS tranzistoriaus slenkstinės įtampos skaičiavimas.

N a , cm -31∙1016 => 1∙1022m -3W H , µm1,5 = 1,5∙10 -6mt Jautis , nm40 => 4∙10 -8ml H , µm1,5 = 1,5∙10 -6ml, µm1,5 => 1,5∙10 -6mU DD , B3W, µm16 => 1,6∙10 -5m ε Si ,11,9μ n 0.15ε Si02 3.9ε 08.85∙10-12F/m 2

8,6∙10-4 F/m

kur yra paviršiaus potencialas.

kur yra įtampos kritimas per oksido sluoksnį.

IŠVADA

Šiame kursiniame darbe nagrinėjama puslaidininkinių integrinių grandynų plokščių gamybos technologija. Puslaidininkinis integrinis grandynas yra mikroschema, kurios elementai yra pagaminti puslaidininkinio pagrindo paviršiniame sluoksnyje. Šios IC sudaro šiuolaikinės mikroelektronikos pagrindą. Šiuolaikinių puslaidininkinių integrinių grandynų kristalų matmenys siekia mm2, kuo didesnis kristalo plotas, tuo daugiau ant jo galima įdėti kelių elementų IC. Turėdami tą patį kristalo plotą, galite padidinti elementų skaičių sumažindami jų dydžius ir atstumus tarp jų.

Naudojant kitokio tipo vartų dielektriką, kitus metalus formuojant kontaktus su siliciu ir kitus izoliacinius sluoksnius, galima gauti sudėtingesnes grandines su dar mažesniais elementų dydžiais.

Naudotų šaltinių sąrašas

1.Ježovskis Yu.K. Plonasluoksnių medžiagų mokslo ir integruotų įrenginių technologijos pagrindai: Vadovėlis/ SPbGTI.- SPb., 2005.-127p.

2.Integruoti radijo elektronikos įrenginiai UMK, SZTU, Sankt Peterburgas 2009 m

.Malysheva I.A. Integrinių grandynų gamybos technologija: Vadovėlis technikos mokykloms - M.: Radijas ir ryšiai., 1991. - 344 p.

4. , Gurtovas V.A. Kietojo kūno elektronika: vadovėlis. -Petrozavodskas, 2005.-405 p.

Tsvetovas V.P. Kietojo kūno elektronikos medžiagų ir gaminių technologija: Gairės/ SPbGTI.- SPb., 1998.-67p.

Http://www.analog.energomera.ru, Monokristalinės silicio plokštelės.

. , Paskaitų kursas apie discipliną „SBIS technologija“.

3 TECHNOLOGINIAI GAMYBOS PAGRINDAI

PUSLAIDININĖS INTEGRALINĖS GRANDINĖS

Puslaidininkinių integrinių grandynų gamybos (SIC) technologija išsivystė iš plokščiųjų tranzistorių technologijos. Todėl norint suprasti IC gamybos technologinius ciklus, būtina susipažinti su tipiniais technologiniais procesais, iš kurių šie ciklai susideda.

3.1 Parengiamieji veiksmai

Monokristaliniai silicio luitai, kaip ir kiti puslaidininkiai, paprastai gaunami kristalizacijos būdu iš lydalo. Czochralskio metodas. Taikant šį metodą, strypas su sėkla (silicio monokristalo pavidalu) po sąlyčio su lydalu lėtai pakeliamas vienu metu sukant. Tokiu atveju po sėklos ištraukiamas augantis ir stingstantis luitas.

Luito kristalografinė orientacija (jo skerspjūvis) nustatoma pagal sėklos kristalografinę orientaciją. Dažniausiai naudojami luitai, kurių skerspjūvis yra (111) arba (100) plokštumoje.

Tipiškas luitų skersmuo šiuo metu yra 80 mm, o didžiausias gali siekti 300 mm ir daugiau. Luitų ilgis gali siekti 1-1,5 m, bet dažniausiai kelis kartus mažesnis.

Silicio luitai supjaustomi į daugybę plonų plokštelių (0,4-1,0 mm storio), ant kurių vėliau gaminami integriniai grandynai. Vaflių paviršius po pjovimo yra labai nelygus: įbrėžimų, išsikišimų ir duobučių dydžiai yra daug didesni nei būsimų IC elementų dydžiai. Todėl prieš pradedant pagrindines technologines operacijas, plokštės pakartotinai šlifuojamos, o po to poliruojamos. Šlifavimo tikslas, be mechaninių defektų šalinimo, taip pat yra užtikrinti reikiamą plokštės storį (200-500 mikronų), nepasiekiamą pjaunant, plokštumų lygiagretumą. Pasibaigus šlifavimui, paviršiuje dar lieka kelių mikronų storio mechaniškai pažeistas sluoksnis, po kuriuo yra dar plonesnis, vadinamasis fiziškai pažeistas sluoksnis. Pastarajam būdingi „nematomi“ kristalinės gardelės iškraipymai ir mechaniniai įtempimai, atsirandantys šlifavimo proceso metu.

Poliravimas susideda iš abiejų pažeistų sluoksnių pašalinimo ir paviršiaus nelygumų sumažinimo iki optinėms sistemoms būdingo lygio – šimtųjų mikrometro dalių. Be mechaninio poliravimo, naudojamas cheminis poliravimas (ėsdinimas), t.y. iš esmės ištirpinamas puslaidininkio paviršinis sluoksnis tam tikruose reagentuose. Paviršiaus išsikišimai ir įtrūkimai išgraviruojami greičiau nei pagrindinė medžiaga, o paviršius paprastai išlyginamas.

Svarbus puslaidininkių technologijos procesas taip pat yra paviršiaus valymas nuo užteršimo organinėmis medžiagomis, ypač riebalais. Valymas ir riebalų šalinimas atliekamas organiniuose tirpikliuose (toluenas, acetonas, etilo alkoholis ir kt.) aukštesnėje temperatūroje.

Ėsdinimas, valymas ir daugelis kitų procesų vyksta kartu su plokštelių plovimu dejonizuotas vandens.

3.2 Epitaksija

Epitaksija yra vieno kristalo sluoksnių auginimo ant substrato procesas, kurio metu išaugusio sluoksnio kristalografinė orientacija pakartoja substrato kristalografinę orientaciją.

Šiuo metu epitaksija dažniausiai naudojama ploniems darbiniams sluoksniams iki 15 μm gauti vienalyčio puslaidininkio ant gana storo pagrindo, kuris atlieka atraminės konstrukcijos vaidmenį.

Tipiškas - chloridas Siliciui taikomas epitaksijos procesas yra toks (3.1 pav.). Monokristalinės silicio plokštelės sukraunamos į valties tiglį ir dedamos į kvarcinį vamzdelį. Vamzdžiu praleidžiama vandenilio srovė, kurioje yra nedidelis silicio tetrachlorido SiCl4 priedas. Esant aukštai temperatūrai (apie 1200° C), plokštelių paviršiuje vyksta reakcija SiCl4 + 2H2 = Si + 4HC1.

Dėl reakcijos ant pagrindo palaipsniui nusėda grynos medžiagos sluoksnis.

silicio, o HCl garus nuneša vandenilio srautas. Epitaksinis nusodinto silicio sluoksnis yra vienakristalinis ir turi tokią pačią kristalografinę orientaciją kaip ir substratas. Cheminė reakcija dėl temperatūros pasirinkimo vyksta tik plokštės paviršiuje, o ne supančioje erdvėje.

3.1 pav. – Epitaksijos procesas

Dujų sraute vykstantis procesas vadinamas dujų transportavimas reakcija, o pagrindinės dujos (šiuo atveju vandenilis), pernešančios priemaišą į reakcijos zoną, yra nešančiosios dujos.

Jei į silicio tetrachlorido garus pridedama porų fosforo (PH3) arba boro (B2H6) junginių, tada epitaksinis sluoksnis nebeturės savo, o atitinkamai elektroninio arba skylės laidumo (3.2a pav.), nes reakcijos metu donoras atomai bus įvedami į nusodintą silicio fosforo arba boro akceptoriaus atomus.

Taigi, epitaksija leidžia ant substrato išauginti bet kokio tipo laidumo ir bet kokios varžos vienakristalinius sluoksnius, turinčius bet kokio tipo ir dydžio laidumą, pavyzdžiui, 3.2a paveiksle parodytas n sluoksnis ir n+ arba p+ gali susidaryti sluoksnis.

3.2 pav. – Substratai su epitaksinėmis ir oksidinėmis plėvelėmis

Riba tarp epitaksinio sluoksnio ir pagrindo nėra visiškai aštri, nes epitaksijos proceso metu priemaišos dalinai pasklinda iš vieno sluoksnio į kitą. Dėl šios aplinkybės sunku sukurti itin plonas (mažiau nei 1 μm) ir daugiasluoksnes epitaksines struktūras. Šiuo metu pagrindinį vaidmenį atlieka vieno sluoksnio epitaksija. Ji gerokai išplėtė puslaidininkių technologijų arsenalą; Tokių plonų vienalyčių sluoksnių (mm), kaip užtikrinama epitaksijos būdu, gauti neįmanoma kitais būdais.

3.2a paveiksle ir vėlesniuose paveikslėliuose nesilaikoma vertikalios skalės.

3.1 paveiksle pavaizduota instaliacija apima keletą papildomų operacijų: vamzdžio prapūtimas azotu ir negilus silicio paviršiaus ėsdinimas HCl garuose (valymo tikslais). Šios operacijos atliekamos prieš pradedant pagrindines.

Epitaksinė plėvelė gali skirtis nuo substrato chemine sudėtimi. Tokių plėvelių gamybos būdas vadinamas heteroepitaksija, Skirtingai nei homoepitaksija, aprašyta aukščiau. Žinoma, naudojant heteroepitaksiją, ir plėvelė, ir substrato medžiagos vis tiek turi turėti tą pačią kristalinę gardelę. Pavyzdžiui, ant safyro substrato galite užsiauginti silicio plėvelę.

Apibendrinant pažymime, kad be aprašytos dujų epitaksijos yra skystoji epitaksija, kurioje vieno kristalinio sluoksnio augimas atliekamas iš skystosios fazės, ty iš tirpalo, kuriame yra būtinų komponentų.

3.3 Terminis oksidavimas

Silicio oksidacija yra vienas būdingiausių šiuolaikinės PPIMS technologijos procesų. Susidariusi silicio dioksido SiO2 plėvelė (3.2b pav.) atlieka keletą svarbių funkcijų, įskaitant:

Apsaugos funkcija - pasyvavimas paviršius ir ypač vertikalių sekcijų apsauga p - n perėjimų, einančių į paviršių;

Kaukės funkcija, pro langus, į kuriuos difuzijos metodu įvedamos reikalingos priemaišos (3.4b pav.);

Plono dielektriko, esančio po MOS tranzistoriaus arba kondensatoriaus vartais, funkcija (4.15 ir 4.18c pav.);

Dielektrinis pagrindas PP IC elementų sujungimui su metaline plėvele (4.1 pav.).

Silicio paviršius visada yra padengtas „savo“ oksido plėvele, atsirandančia dėl „natūralios“ oksidacijos žemiausioje temperatūroje. Tačiau ši plėvelė yra per plona (apie 5 nm), kad galėtų atlikti bet kurią iš šių funkcijų. Todėl puslaidininkinių IC gamyboje dirbtinai gaunamos storesnės SiO2 plėvelės.

Dirbtinė silicio oksidacija dažniausiai atliekama aukštoje temperatūroje (°C). Toks terminis oksidavimas gali būti atliekamas deguonies atmosferoje (sausa oksidacija), deguonies ir vandens garų mišinyje ( šlapia oksidacija) arba tiesiog vandens garuose.

Visais atvejais procesas vykdomas oksiduojančiose krosnyse. Tokių krosnių pagrindas, kaip ir epitaksijoje, yra kvarcinis vamzdis, kuriame įdedamas „valtis“ su silicio plokštelėmis, šildomas aukšto dažnio srovėmis arba kitu būdu. Vamzdžiu teka deguonies (sauso arba sudrėkinto) arba vandens garų srovė, kuri aukštos temperatūros zonoje reaguoja su siliciu. Tokiu būdu gauta SiO2 plėvelė yra amorfinės struktūros (3.2b pav.).

Akivaizdu, kad laikui bėgant oksidų augimo greitis turėtų mažėti, nes nauji deguonies atomai turi difunduoti per vis storesnį oksido sluoksnį. Pusiau empirinė formulė, siejanti oksido plėvelės storį su terminės oksidacijos laiku, yra tokia:

kur k - parametras, priklausantis nuo deguonies temperatūros ir drėgmės.

Sausoji oksidacija yra dešimtis kartų lėtesnė nei šlapioji. Pavyzdžiui, užauginti 0,5 mikrono storio SiO2 plėvelę sausame deguonyje 1000°C temperatūroje užtrunka apie 5 valandas, o drėgname – tik 20 minučių. Tačiau drėgname deguonyje gaunamų plėvelių kokybė yra žemesnė. Mažėjant temperatūrai kas 100°C, oksidacijos laikas pailgėja 2-3 kartus.

IC technologijoje skiriami „storieji“ ir „plonieji“ SiO2 oksidai. Tiršti oksidai ( d = 0,7-1,0 µm) atlieka apsaugos ir maskavimo funkcijas, o plonas (d = 0,1-0,2 µm) - MOS tranzistorių ir kondensatorių vartų dielektriko funkcijos.

Viena iš svarbių problemų auginant SiO2 plėvelę yra jos homogeniškumo užtikrinimas. Priklausomai nuo plokštelės paviršiaus kokybės, reagentų grynumo ir augimo režimo, plėvelėje iškyla tam tikrų problemų. defektai. Dažnas defektų tipas yra mikro ir makroporos, net per skylutes (ypač ploname okside).

Oksidinės plėvelės kokybė gerėja mažėjant jos augimo temperatūrai, taip pat naudojant sausą deguonį. Todėl plonas vartų oksidas, kurio kokybė lemia MOS tranzistoriaus parametrų stabilumą, gaunamas sausosios oksidacijos būdu. Auginant tirštą oksidą, pakaitomis pakaitinkite sausą ir šlapią oksidaciją: pirmoji užtikrina defektų nebuvimą, o antroji leidžia sutrumpinti proceso laiką.

Kiti SiO2 plėvelių gamybos būdai aptariami.

3.4 Litografija

Puslaidininkinių įtaisų technologijoje kaukės užima svarbią vietą: jos suteikia vietinį nusodinimą, dopingą, ėsdinimą, o kai kuriais atvejais ir epitaksiją. Kiekvienoje kaukėje yra iš anksto sukurtų skylių rinkinys – langai. Tokių langų gamyba yra litografijos užduotis(graviruotės). Kaukių gamybos technologijos lyderė išlieka fotolitografija ir elektronolitografija.

3.4.1. Fotolitografija. Fotolitografija remiasi medžiagų, vadinamų, naudojimu fotorezistai. Tai fotografinės emulsijos tipas, žinomas tradicinėje fotografijoje. Fotorezistai yra jautrūs ultravioletiniams spinduliams, todėl juos galima apdoroti ne itin tamsioje patalpoje.

Yra fotorezistai neigiamas ir teigiamas. Neigiami fotorezistai polimerizuojasi veikiami šviesos ir tampa atsparūs ėsdintuvams (rūgštiniams arba šarminiams). Tai reiškia, kad po vietinės ekspozicijos neeksponuotos sritys bus išgraviruotos (kaip įprastame nuotraukų negatyve). Pozityviuose fotorezistuose šviesa, priešingai, sunaikina polimerų grandines, todėl atviros vietos bus išgraviruotos.

Būsimos kaukės piešinys padarytas vadinamosios formos už­ šablonui. Fotokaukė yra stora stiklo plokštė, kurios vienoje pusėje yra padengta plona nepermatoma plėvelė su reikiamu modelis skaidrių skylių pavidalu. Šių skylių (schemos elementų) matmenys 1:1 mastelyje atitinka būsimų IC elementų matmenis, t.y., jie gali būti 20-50 mikronų arba mažesni (iki 2-3 mikronų). Kadangi IC gaminami naudojant grupinį metodą, daug panašių dizainų dedama ant fotokaukės „eilutėse“ ir „stulpeliais“. Kiekvieno piešinio dydis atitinka būsimo IC matricos dydį.

Silicio plokštelės paviršių dengiančioje SiO2 oksido kaukėje langų gamybos fotolitografijos procesas yra toks (3.3 pav.). Pavyzdžiui, ant oksiduoto plokštelės paviršiaus užtepamas neigiamas fotorezistas (NP). Ant plokštelės, padengtos fotorezistu (su raštu į fotorezistą), uždedama fotorezisto fotokaukė ir veikiama kvarco lempos ultravioletiniais (UV) spinduliais (3.3a pav.). Po to fotokaukė pašalinama, o fotorezistas išryškinamas ir pritvirtinamas.

Jei naudojamas teigiamas fotorezistas, tada po išvystymo ir pritvirtinimo (kuris susideda iš fotorezisto sukietėjimo ir terminio apdorojimo) langai gaunami tose vietose, kurios atitinka permatomas vietas ant fotokaukės.

Kaip jie sako, piešimas persikėlė nuo fotokaukės iki fotorezisto. Dabar fotorezisto sluoksnis yra kaukė, glaudžiai greta oksido sluoksnio (3.3b pav.).

Per fotorezisto kaukę oksido sluoksnis yra išgraviruotas iki silicio (šis ėsdiklis neturi įtakos siliciui). Vandenilio fluorido rūgštis ir jos druskos naudojamos kaip ėsdinimo priemonė. Dėl to fotorezisto raštas perkeliamas į oksidą. Nuėmus (išgraviravus) fotorezisto kaukę, galutinis fotolitografijos rezultatas – oksidine kauke padengta silicio plokštelė su langeliais (3.3c pav.). Pro langus galima atlikti difuziją, jonų implantavimą, ėsdinimą ir kt.

3.3 pav. – Fotolitografijos procesas

Technologiniuose IC elementų gamybos cikluose fotolitografijos procesas naudojamas pakartotinai (atskirai gauti pagrindo sluoksnius, emiterius, ominius kontaktus ir kt.). Tokiu atveju iškyla vadinamoji fotokaukių derinimo problema. Pakartotinai naudojant fotolitografiją (PPIMS technologijoje iki 5-7 kartų), išlygiavimo tolerancija siekia mikrono dalis. Registravimo techniką sudaro specialių „ženklų“ (pavyzdžiui, kryžių ar kvadratų) padarymas ant fotokaukių, kurie virsta raštu ant oksido ir matomi per ploną fotorezisto plėvelę. Taikant kitą fotokaukę, atsargiai (po mikroskopu) ant oksido esančios žymės sulygiuotos su panašiomis žymėmis ant fotokaukės.

Nagrinėjamas fotolitografijos procesas yra būdingas oksidinėms kaukėms gauti ant silicio plokštelių, kad būtų galima vėliau paskleisti vietinę difuziją. Šiuo atveju fotorezisto kaukė yra tarpinė, pagalbinė, nes ji negali atlaikyti aukštos temperatūros, kurioje vyksta difuzija. Tačiau kai kuriais atvejais, kai procesas vyksta žemoje temperatūroje, fotorezisto kaukės gali būti pagrindinės – veikiančios. Pavyzdys yra puslaidininkinių IC metalinių laidų kūrimo procesas.

Naudojant fotokaukę jos emulsinis sluoksnis susidėvi (ištrina) po 15-20 užtepimų. Fotokaukių tarnavimo laikas gali būti padidintas dviem ar daugiau eilėmis metalizuojant: pakeičiant fotoemulsinę plėvelę dilimui atsparaus metalo, dažniausiai chromo, plėvele.

Fotokaukės gaminamos komplektais pagal fotolitografijos operacijų skaičių technologiniame cikle. Rinkinio viduje fotokaukės yra suderintos, t.y. užtikrina brėžinių išlygiavimą, kai sulygiuojami atitinkami ženklai.

3.4.2 Elektronų litografija. Aprašyti metodai ilgą laiką buvo vienas iš mikroelektronikos technologijų pagrindų. Jie vis dar neprarado savo reikšmės. Tačiau didėjant integracijos laipsniui ir mažėjant IS elementų dydžiui, iškilo nemažai problemų, kai kurios jau išspręstos, o kai kurios – tiriamos.

Vienas iš pagrindinių apribojimų kelia susirūpinimą rezoliucija, t.y. minimalūs matmenys sukurtoje kaukės rašte. Faktas yra tas, kad ultravioletinių spindulių bangos ilgis yra 0,3-0,4 mikrono. Vadinasi, kad ir kokia maža būtų fotokaukės rašto skylutė, šios fotorezisto skylutės vaizdo matmenys negali pasiekti nurodytų verčių (dėl difrakcijos). Todėl minimalus elementų plotis yra apie 2 mikronai, o giliame ultravioletiniame spindulie (bangos ilgis 0,2-0,3 mikrono) – apie 1 mikroną. Tuo tarpu 1–2 mikronų dydžio dydžiai nebėra pakankamai maži kuriant didelius ir itin didelius IC.

Akivaizdžiausias būdas padidinti litografijos skiriamąją gebą yra ekspozicijos metu naudoti trumpesnės bangos spinduliuotę.

Pastaraisiais metais buvo sukurti metodai elektroninė litografija . Jų esmė ta, kad sufokusuotas elektronų spindulys nuskaityti(t. y. jie juda „eilutė po eilutės“) išilgai plokštės, padengtos elektroniniu rezistu, paviršiumi, o pluošto intensyvumas valdomas pagal tam tikrą programą. Tuose taškuose, kurie turėtų būti „atidengti“, spindulio srovė yra maksimali, o tuose taškuose, kurie turėtų būti „tamsinti“, ji yra lygi nuliui. Elektronų pluošto skersmuo tiesiogiai priklauso nuo srovės pluošte: kuo mažesnis skersmuo, tuo mažesnė srovė. Tačiau mažėjant srovei ekspozicijos laikas ilgėja. Todėl padidėjus skiriamajai gebai (sumažėjus pluošto skersmeniui) pailgėja proceso trukmė. Pavyzdžiui, kai pluošto skersmuo yra 0,2-0,5 μm, plokštelės skenavimo laikas, priklausomai nuo elektronų rezistoriaus tipo ir plokštelės dydžio, gali svyruoti nuo dešimčių minučių iki kelių valandų.

Viena iš elektronų litografijos atmainų yra pagrįsta elektronams atsparių kaukių atsisakymu ir apima elektronų pluošto veikimą tiesiai ant SiO2 oksido sluoksnio. Pasirodo, kad „ekspozicijos“ srityse šis sluoksnis vėliau išgraviruotas kelis kartus greičiau nei „tamsesnėse“ srityse.

Mažiausi elektroninės litografijos matmenys yra 0,2 mikrono, nors didžiausias pasiekiamas dydis yra 0,1 mikrono.

Tiriami ir kiti litografijos metodai, pavyzdžiui, minkštieji rentgeno spinduliai (kurių bangos ilgis 1-2 nm) leidžia gauti minimalius 0,1 μm dydžius, o jonų pluošto litografija – 0,03 μm.

3.5 Legiravimas

Priemaišų įvedimas į originalią plokštelę (arba į epitaksinį sluoksnį) difuzijos būdu aukštoje temperatūroje yra originalus ir iki šiol pagrindinis puslaidininkių dopingo būdas, siekiant jų pagrindu sukurti tranzistorių struktūras ir kitus elementus. Tačiau pastaruoju metu plačiai paplito dar vienas dopingo metodas – jonų implantacija.

3.5.1 Difuzijos metodai. Difuzija gali būti bendra ir vietinė. Pirmuoju atveju jis atliekamas per visą plokštelės paviršių (3.4a pav.), o antruoju - tam tikrose plokštelės vietose per kaukės langus, pavyzdžiui, storame SiO2 sluoksnyje (pav. 3.4b) .

Dėl bendros difuzijos plokštelėje susidaro plonas difuzinis sluoksnis, kuris nuo epitaksinio sluoksnio skiriasi nehomogenišku (gyliu) priemaišų pasiskirstymu (žr. N(x) kreives 3.6a ir b pav.).

3.4 pav. Bendroji ir vietinė difuzija

Vietinės difuzijos atveju (3.4b pav.) priemaiša pasklinda ne tik giliai į plokštelę, bet ir visomis statmenomis kryptimis, t.y., po kauke. Dėl šios vadinamosios šoninės difuzijos p-n sandūros sritis, atsirandanti ant paviršiaus, yra „automatiškai“ apsaugota oksidu. . Ryšys tarp šoninės ir pagrindinės gelmių -

„Vertikali“ difuzija priklauso nuo daugelio veiksnių, įskaitant difuzijos sluoksnio gylį . Įprasta šoninės difuzijos gylio vertė gali būti laikoma 0,8 × L .

Difuzija gali būti atliekama vieną kartą arba pakartotinai. Pavyzdžiui, 1-osios difuzijos metu į pradinę n tipo plokštelę galima įvesti akceptoriaus priemaišą ir gauti p sluoksnį, o po to 2-osios difuzijos metu į gautą p sluoksnį įvesti donorinę priemaišą (į mažesnis gylis) ir taip sukurti trijų sluoksnių struktūrą. Atitinkamai, išskiriama dviguba ir triguba difuzija (žr. 4.2 skyrių).

Atliekant daugybinę difuziją, reikia turėti omenyje, kad kiekvienos naujos įterptos priemaišos koncentracija turi viršyti ankstesnės, kitaip laidumo tipas nepasikeis, vadinasi, nesusidarys p-n sandūra. Tuo tarpu priemaišų koncentracija silicyje (ar kitoje žaliavoje) negali būti tokia didelė, kaip norima: ją riboja specialus parametras - riba priemaišų tirpumasN.S.. Tirpumo riba priklauso nuo temperatūros. Tam tikroje temperatūroje jis pasiekia maksimalią vertę ir vėl sumažėja. Didžiausios tirpumo ribos ir atitinkamos temperatūros pateiktos 3.1 lentelėje.

3.1 lentelė

Todėl, jei atliekama daugkartinė difuzija, paskutinei difuzijai reikia pasirinkti medžiagą, kurios tirpumas būtų didžiausias. Kadangi priemaišų medžiagų asortimentas yra ribotas,

neįmanoma pateikti daugiau kaip 3 iš eilės sklaidų.

Difuzijos būdu patekusios priemaišos vadinamos difuzoriai(boras, fosforas ir kt.). Difuzantų šaltiniai yra jų cheminiai junginiai. Tai gali būti skysčiai (BBr3, POCl), kietosios medžiagos (B2O3, P2O5) arba dujos (B2H6, PH3).

Priemaišų įvedimas paprastai atliekamas naudojant dujų transportavimo reakcijas, kaip ir epitaksijos ir oksidacijos metu. Šiuo tikslu vienos zonos arba dviejų zonų difuzinės krosnys.

Dviejų zonų orkaitės naudojamos kietųjų difuzorių atveju. Tokiose krosnyse (3.5 pav.) yra dvi aukštos temperatūros zonos, viena skirta difuziniam šaltiniui išgarinti, antra pačiai difuzijai.

3.5 pav. – difuzijos procesas

1-oje zonoje gauti difuzinio šaltinio garai sumaišomi su neutralių nešančiųjų dujų (pavyzdžiui, argono) srautu ir kartu su jomis pasiekia 2-ąją zoną, kurioje yra silicio plokštelės. 2-oje zonoje temperatūra aukštesnė nei 1-oje. Čia į plokštes įvedami difuziniai atomai, o kitus cheminio junginio komponentus nešančiosios dujos išneša iš zonos.

Skystų ir dujinių difuzoriaus šaltinių atveju nereikia jų garinti aukštoje temperatūroje. Todėl, kaip ir epitaksijoje, naudojamos vienos zonos krosnys, į kurias difuzinis šaltinis patenka į dujinę būseną.

Naudojant skystus difuzoriaus šaltinius, difuzija vykdoma oksiduojančioje aplinkoje, pridedant deguonies į nešančias dujas. Deguonis oksiduoja silicio paviršių, sudarydamas oksidą SiO2, t.y. iš esmės stiklą. Esant difuzinei medžiagai (borui arba fosforui), borosilikatas arba fosfosilikatas stiklo. Esant aukštesnei nei 1000°C temperatūrai, šie stiklai yra skystos būsenos, padengdami silicio paviršių plona plėvele. , kad priemaišos difuzija vyktų, griežtai tariant, iš skystosios fazės. Po sukietėjimo stiklas apsaugo silicio paviršių difuzijos taškuose,

y. oksidinės kaukės languose. Naudojant kietus difuzoriaus – oksidų – šaltinius, difuzijos proceso metu be specialiai įvesto deguonies susidaro stiklai.

Yra du priemaišų pasiskirstymo difuzijos sluoksnyje atvejai.

1 Neriboto priemaišų šaltinio atvejis.Šiuo atveju difuzorius nenutrūkstamai teka į plokštę, todėl jos paviršiniame sluoksnyje priemaišų koncentracija išlieka pastovi ir lygi NS. Didėjant difuzijos laikui, difuzinio sluoksnio gylis didėja (3.6a pav.).

2 Riboto priemaišų šaltinio atvejis. Tokiu atveju iš pradžių į ploną plokštelės paviršinį sluoksnį įvedamas tam tikras skaičius difuzuojančių atomų (laikas t1), o tada difuzinis šaltinis išjungiamas ir priemaišų atomai perskirstomi per visą plokštelės gylį pagal bendrą jų skaičių. nepakitęs (3.6b pav.). Tokiu atveju priemaišų koncentracija paviršiuje mažėja, o difuzinio sluoksnio gylis didėja (kreivės t2 ir t3). Pirmasis proceso etapas vadinamas „varymu“, antrasis - priemaišų „išsklaidymas“.

3.6 pav. – Difuzinis pasiskirstymas

3.5.2 Jonų implantavimas.

Jonų implantavimas – tai plokštelės (arba epitaksinio sluoksnio) dopingo metodas, bombarduojant jį priemaišų jonais, pagreitintais iki energijos, kurios pakanka jiems prasiskverbti giliai į kietą medžiagą.

Priemaišų atomų jonizavimas, jonų greitinimas ir jonų pluošto fokusavimas atliekami specialiuose įrenginiuose, tokiuose kaip dalelių greitintuvai branduolinės fizikoje. Tos pačios medžiagos, naudojamos difuzijai, naudojamos kaip priemaišos.

Jonų prasiskverbimo gylis priklauso nuo jų energijos ir masės. Kuo didesnė energija, tuo didesnis implantuoto sluoksnio storis. Tačiau didėjant energijai, didėja ir jo kiekis radiacijos defektai kristale, t.y. pablogėja jo elektriniai parametrai. Todėl jonų energija ribojama iki 100-150 keV. Apatinis lygis yra 5-10 keV. Esant tokiam energijos diapazonui, sluoksnių gylis svyruoja nuo 0,1 iki 0,4 μm, t.y. yra žymiai mažesnis už tipinį difuzijos sluoksnių gylį.

Priemaišų koncentracija implantuotame sluoksnyje priklauso nuo srovės tankio jonų pluošte ir proceso trukmės arba, kaip sakoma, nuo parodos laikas-pozicijų. Priklausomai nuo srovės tankio ir norimos koncentracijos, ekspozicijos laikas svyruoja nuo kelių sekundžių iki 3-5 minučių ar daugiau (kartais iki

1-2 valandas). Žinoma, kuo ilgesnis poveikio laikas, tuo didesnis radiacijos defektų skaičius.

Tipiškas priemaišų pasiskirstymas jonų implantacijos metu parodytas 3.6c paveiksle, kieta kreivė. Kaip matome, šis pasiskirstymas nuo difuzinio pasiskirstymo labai skiriasi tuo, kad tam tikrame gylyje yra maksimumas.

Kadangi jonų pluošto plotas (1-2 mm2) yra mažesnis už plokštės (o kartais ir kristalo) plotą, būtina nuskaityti spindulį, t.y. judinkite jį sklandžiai arba „žingsniais“ (naudojant specialias nukreipimo sistemas) pakaitomis išilgai visų plokštės „eilių“, ant kurių yra atskiri IC.

Pasibaigus legiravimo procesui, plokštė turi būti apdorojama atkaitinimas° C temperatūroje, siekiant sutvarkyti silicio kristalinę gardelę ir pašalinti (bent iš dalies) neišvengiamus radiacijos defektus. Atkaitinimo temperatūroje difuzijos procesai šiek tiek pakeičia pasiskirstymo profilį (žr. punktyrinę kreivę 3.6c pav.).

Jonų implantacija atliekama per kaukes, kuriose jonų kelio ilgis turėtų būti žymiai trumpesnis nei silicyje. Medžiagos kaukėms gali būti silicio dioksidas arba aliuminis, kurie yra įprasti IC. Tuo pačiu svarbus jonų implantavimo privalumas yra tas, kad jonai, judėdami tiesia linija, prasiskverbia tik į plokštelės gylį, o šoninės difuzijos (po kauke) analogijos praktiškai nėra.

Iš esmės jonų implantacija, kaip ir difuzija, gali būti atliekama pakartotinai, „įterpiant“ vieną sluoksnį į kitą. Tačiau energijos, ekspozicijos laiko ir atkaitinimo režimų derinys, reikalingas daugybei implantacijų, yra sudėtingas. Todėl jonų implantacija tapo plačiai paplitusi kuriant plonus pavienius sluoksnius.

3.6 Plonų plėvelių užtepimas

Plonos plėvelės yra ne tik plonasluoksnių hibridinių IC pagrindas, bet ir plačiai naudojamos puslaidininkių integriniuose grandynuose. Todėl plonų plėvelių gamybos metodai yra susiję su bendraisiais mikroelektronikos technologijos klausimais.

Yra trys pagrindiniai plonų plėvelių dengimo ant pagrindo ir vienas ant kito būdai: terminis(vakuuminis) ir jonų plazma purškimas, kuri turi dvi veisles: katodo purškimas ir pati jona-plazma.

3.6.1 Terminis (vakuuminis) purškimas.

Šio purškimo metodo principas parodytas 3.7a pav. Ant pagrindo plokštės 2 yra metalinis arba stiklinis dangtelis 1. Tarp jų yra tarpiklis 3, kuris užtikrina vakuumo palaikymą išpumpavus orą iš apatinės dangtelio erdvės. Substratas 4, ant kurio atliekamas purškimas, yra sumontuotas ant laikiklio 5 . Laikiklis yra šalia šildymo, o purškimas atliekamas ant šildomo pagrindo). Garintuve 7 yra šildytuvas ir purškiamos medžiagos šaltinis. Sukamoji sklendė 8 blokuoja garų srautą iš garintuvo į pagrindą: purškimas trunka tol, kol sklendė atidaryta.

Šildytuvas dažniausiai yra sriegis arba spiralė, pagaminta iš ugniai atsparaus metalo (volframo, molibdeno ir kt.), per kurį praleidžiama pakankamai didelė srovė. Purškiamos medžiagos šaltinis su šildytuvu jungiamas įvairiais būdais: laikikliais („husarais“), pakabintais ant kaitinimo siūlelio; mažų strypų, padengtų spirale, pavidalu, miltelių pavidalu, supiltų į

3.7 pav. – Plėvelių pritaikymas

spirale šildomas tiglis ir tt Vietoj gijų pastaruoju metu pradėtas šildyti elektronų pluoštu arba lazerio pluoštu.

Ant pagrindo susidaro palankiausios sąlygos garų kondensacijai, nors dalinis kondensatas susidaro ir ant gartraukio sienelių. Per žema substrato temperatūra neleidžia tolygiai pasiskirstyti adsorbuotiems atomams: jie sugrupuoti į skirtingo storio „saleles“, dažnai nesusijusias viena su kita. Priešingai, per aukšta substrato temperatūra lemia naujai nusodintų atomų atsiskyrimą, jų „išgaravimą“. Todėl norint gauti aukštos kokybės plėvelę, pagrindo temperatūra turi būti tam tikrose optimaliose ribose (dažniausiai 200-400 ° C). Plėvelės augimo greitis, priklausomai nuo daugelio veiksnių (substrato temperatūros, atstumo nuo garintuvo iki pagrindo, nusodinamos medžiagos tipo ir kt.), svyruoja nuo dešimtųjų iki dešimčių nanometrų per sekundę.

Ryšio stiprumas – plėvelės sukibimas su pagrindu ar kita plėvele – vadinamas Sukibimas. Kai kurios įprastos medžiagos (pvz., auksas) blogai sukimba su tipiniais pagrindais, įskaitant silicį. Tokiais atvejais vadinamasis posluoksnis, pasižymi geru sukibimu, tada ant jo purškiama pagrindinė medžiaga, kuri taip pat gerai sukimba su posluoksniu. Pavyzdžiui, aukso posluoksnis gali būti nikelis arba titanas.

Kad purškiamos medžiagos atomai, skrendantys iš garintuvo į pagrindą, patirtų minimalų susidūrimų skaičių su likusių dujų atomais ir tuo pačiu minimaliai išsisklaidytų, po dangteliu esančioje erdvėje turi būti užtikrintas pakankamai didelis vakuumas. Reikalingo vakuumo kriterijus gali būti sąlyga, kad vidutinis laisvas atomų kelias yra kelis kartus didesnis nei atstumas tarp garintuvo ir substrato. Tačiau šios sąlygos dažnai nepakanka, nes bet koks likutinių dujų kiekis yra užterštas purškiama plėvele ir pasikeičia jos savybės. Todėl iš esmės vakuumas terminio purškimo sistemose turėtų būti kuo didesnis. Šiuo metu vakuumas yra mažesnis nei 10-6 mmHg. Art. laikomas nepriimtinu, o daugelyje pirmos klasės purškimo įrenginių jis padidinamas iki 10–11 mm Hg. Art.

Pagrindinė medžiaga, iš kurios gaminami puslaidininkiniai IC, yra silicis, nes jo pagrindu galima gauti silicio dioksido plėvelę su dideliu našumu ir gana paprastais metodais.

Be to, reikėtų nepamiršti ir kitų silicio pranašumų, lyginant su germaniu: didesnis juostos tarpas, todėl mažesnė temperatūros įtaka, mažesnės mažumos krūvininkų atvirkštinės srovės; mažesnė dielektrinė konstanta, todėl mažesnės barjerinės talpos, kai visi kiti dalykai yra vienodi.

Kad siliciui būtų suteiktas tam tikras laidumas, į kristalą įvedamos donoro ir akceptoriaus priemaišos, dėl kurių kiekviename P- arba N-silicio regione yra daugumos ir mažumos krūvininkų. Krūvnešių judėjimas puslaidininkinėse IC struktūrose vyksta kaip įprasta: arba difuzijos pavidalu dėl krūvininkų koncentracijos skirtumo, arba dreifo pavidalu, veikiant elektrinio lauko jėgoms. Gautose PN sandūrose atsiranda įprasti anksčiau aprašyti reiškiniai.

Pagrindinė puslaidininkinių IC gamybos technologija yra plokštuma. IC savybes daugiausia lemia jų sukūrimo technologija.

Panagrinėkime tik kai kurias plokštumos technologijos naudojimo IC gamyboje ypatybes.

Paviršiaus valymas. Reikėtų nepamiršti, kad bet koks pagrindo paviršiaus užteršimas neigiamai paveiks IC savybes ir jo patikimumą. Taip pat būtina atsižvelgti į tai, kad IC elementų matmenys yra panašūs į mažiausią dulkių dėmę. Todėl reikia kuo kruopščiausio paviršiaus valymo. Valymas atliekamas naudojant organinius tirpiklius, siekiant kruopštesnio valymo, naudojami ultragarsiniai metodai, nes vibracija pagreitina teršalų tirpimą. Paskutiniame etape silicio plokštelės plaunamos dejonizuotu vandeniu.

Terminis paviršiaus oksidavimas. Tai atliekama siekiant sukurti apsauginį sluoksnį ant plokštelės paviršiaus, apsaugantį paviršių nuo aplinkos poveikio IC kūrimo proceso metu. IC, pagrįstuose MOS tranzistoriais, oksidacijos būdu gauta plėvelė tarnauja kaip vartų dielektrikas.

Legiravimas. Tai priemaišų įvedimas į gryną silicį, kad būtų sukurtos jungtys, siekiant sukurti diodų ir tranzistorių struktūras. Yra du dopingo būdai – difuzijos naudojimas ir priemaišų jonų įvedimas.

Pastaruoju metu jonų implantavimo metodas buvo plačiai naudojamas dėl daugybės privalumų, visų pirma dėl žemesnės temperatūros, palyginti su difuzijos metodu.

Metodo esmė yra priemaišų jonų įvedimas į gryno silicio plokštelę, kuri užima vietas kristalinės gardelės mazguose. Priemaišų jonai sukuriami, pagreitinami, fokusuojami ir nukreipiami specialiose instaliacijose ir, nukritę ant plokštės paviršiaus, ją bombarduoja, įsiterpdami į gardelės kristalinę struktūrą. Deformacija susidaro magnetiniame lauke. Prisiminkime, kad įlinkio spindulys priklauso nuo įkrautų dalelių masės. Todėl, jei sufokusuotame pluošte yra pašalinių jonų, jie nukryps pagal kitas trajektorijas ir atsiskirs nuo pagrindinio donoro ar akceptoriaus priemaišos pluošto. Tai dar vienas šio metodo privalumas – didelis priemaišų grynumas.

Fotolitografija. Leidžia gauti tam tikrą elementų išdėstymą ir yra vienas būdingiausių IC kūrimo technologinių procesų. Prisiminkime, kad fotolitografija pagrįsta specialių medžiagų, vadinamų fotorezistais, šviesai jautrių savybių naudojimu.

Tobulėjant IC technologijai, šio metodo trūkumai tampa vis svarbesni: galimybė gauti minimalius piešinio matmenis ant fotokaukės ir fotokaukės mechaninis kontaktas su puslaidininkine plokštele sukelia rašto iškraipymus.

Pastaruoju metu buvo sukurtas elektroninės litografijos metodas. Jis pagrįstas sufokusuoto elektronų pluošto judėjimu per rezistu padengtos plokštelės paviršių. Spindulio srovė valdoma įtampa, kuri skiriasi priklausomai nuo to, kurioje paviršiaus vietoje yra pluoštas. Jei reikia gauti langą, spindulio srovė yra maksimali tose srityse, kurios turėtų likti nepakitusios, spindulio srovė artima nuliui.

Metalizavimas, siekiant sukurti grandinės jungtis IC. IC grandinės jungtys atliekamos naudojant plonas metalines plėveles, nusodintas ant silicio oksido, kuris yra izoliatorius. Aliuminis, turintis didelį savitąjį laidumą, neturintis korozijos ir leidžiantis suvirinti kontaktus su išoriniais laidais, pasirodė esąs tinkamiausias pagrindiniams IC jungiamojo elemento reikalavimams.

Norimas metalinių jungčių reljefas sukuriamas naudojant fotolitografiją. Ant silicio oksido paviršiaus uždedama ištisinė aliuminio plėvelė. Plėvelė padengiama fotorezistu, virš jos uždedama fotokaukė, o po to išgraviruojamas aliuminis, paliekant tik juosteles, kurios sukuria atitinkamus kontaktus su pagrindo sluoksniais anksčiau pagamintuose languose, kurie buvo sukurti norint gauti norimą sluoksnio struktūrą IC.

Išanalizavus pagrindines operacijas, matyti, kad visos jos susideda į tris pagrindines – terminį apdorojimą, cheminį apdorojimą ir fotolitografiją. Silicio dioksido plėvelės, apsaugančios sandūras nuo aplinkos poveikio kuriant IC, sukūrimas yra svarbus veiksnys, užtikrinantis IC parametrų stabilumą ir patikimumą.

Pakeitus fotokaukės modelį ir terminio apdorojimo režimą, galite sukurti įvairias IC grandines. Pagrindinės IC elementų gamybos struktūros yra bipoliniai ir MOS tranzistoriai.

Grandinės aprašymas

1. Pasyviųjų elementų įvertinimai:

R6 = R11 = 4,7 kOhm

• 2. T1, T2, T3, T4, T5 - n-p-n tranzistoriai IC; T6 - pnp tranzistorius IC;
• 3. s=200 omų/kV
• 4. Maitinimo įtampa 15V
• 5. Plokštuminė-epitaksinė technologija.
• 6. Izoliavimas p-n sandūra.

Kaištis 6 - galia; 1 kaištis - žemė.

IC gamybos technologija

Bet kokie puslaidininkinių IC elementai gali būti sukurti remiantis daugiausia trimis p-n jungtimis ir keturiais dviejų tipų elektros laidumo sluoksniais (elektroniniu ir skylutiniu). Elementų izoliacija dažnai atliekama naudojant atvirkštinę poslinkio p-n sandūrą. Šio izoliavimo būdo principas yra tas, kad pritaikius didelį neigiamą potencialą p-substratui, gaunama atvirkštinė p-n sandūra ties kolektoriaus sričių ir p-substrato riba. Atvirkštinio poslinkio p-n sandūros varža yra didelė ir siekia MOhm, todėl elementai yra gerai izoliuoti vienas nuo kito.

Puslaidininkinių IC gamybos technologija yra sudėtingas procesas, apimantis dešimtis operacijų, ir jo neįmanoma visiškai apibūdinti trumpame vadove ir kursiniame darbe.

Todėl mes apsvarstysime sutrumpintą IC su izoliuotais elementais ir atvirkštinio poslinkio pn jungtimis gamybos būdą, naudojant plokštuminę epitaksinę technologiją. Izoliacinių elementų veikimas atliekamas grupiniu metodu, derinant su visa IC gamybos technologija ir įgyvendinamas atskyrimo (izoliacinės) difuzijos per visą epitaksinio sluoksnio gylį metodu. Ši technologija leidžia gauti reikiamą kolektoriaus ir pagrindo dopingo laipsnį nepriklausomai vienas nuo kito. Pasirinkus didelės varžos substratą ir ne itin didelės varžos epitaksinį sluoksnį (kolektorių), galima užtikrinti optimalią kolektoriaus-bazės sandūros talpą ir jos pramušimo įtampą. Epitaksinio sluoksnio buvimas leidžia tiksliai reguliuoti kolektoriaus storį ir atsparumą, kuris vis dėlto išlieka gana didelis (70-100 omų). Kolektoriaus varža sumažinama sukuriant labai legiruotą palaidotą n+ sluoksnį, difuzuojant n tipo priemaišą į p substratą prieš sukuriant epitaksinį sluoksnį. Šis sluoksnis suteikia mažos varžos srovės kelią nuo aktyviosios kolektoriaus zonos iki kolektoriaus kontakto, nesumažinant kolektoriaus-bazinės jungties gedimo įtampos.

Plokštuminės epitaksinės technologijos, skirtos gaminti dvipolius puslaidininkinius IC su elementų izoliavimu p-n jungtimis, operacijų seka:

• 1) P tipo silicio plokštelės darbinės pusės mechaninis paviršiaus apdorojimas iki 14 grynumo klasės ir ėsdinimas HCl garuose, kad būtų pašalintas pažeistas sluoksnis. Si plokštelės pirmiausia sumalamos iki nurodyto storio, tada poliruojamos, išgraviruojamos ir išplaunamos.
• 2) Oksidacija apsauginei kaukei sukurti n tipo priemaišų difuzijos metu. Ant silicio paviršiaus išauginama tanki silicio dioksido (SiO2) plėvelė, kurios šiluminio plėtimosi koeficientas artimas siliciui, todėl jį galima naudoti kaip difuzijos kaukę. Technologiškai pažangiausias SiO2 plėvelių gamybos būdas yra šiluminė silicio paviršiaus oksidacija. Kaip oksiduojanti terpė naudojamas sausas arba drėkinantis deguonis arba vandens garai. Darbo zonos temperatūra oksidacijos metu yra 1100-1300C. Oksidacija atliekama atviro vamzdžio metodu oksidatoriaus sraute. Sausame deguonyje išauga struktūriškai tobuliausias oksido sluoksnis, tačiau oksidacijos procesas vyksta lėtai (esant T = 1200C, SiO2 sluoksnio storis 0,1 mikrono). Praktiškai patartina oksidaciją atlikti trimis etapais: sausame deguonyje, šlapiame deguonyje ir dar kartą sausame deguonyje. Apsauginių oksido sluoksnių savybėms stabilizuoti oksidacijos proceso metu į drėgno deguonies ar vandens garų aplinką įpilama boro rūgšties, titano dioksido ir kt.

3) Fotolitografija atverti langus okside ir atlikti vietinę difuziją tose vietose, kur susidaro paslėpti sluoksniai (3 pav.). Fotolitografija – tai beveik bet kokio sudėtingumo nedidelio dydžio apsauginės kaukės sukūrimas ant pagrindo paviršiaus, kuri vėliau naudojama difuzijai, epitaksijai ir kitiems procesams. Jis formuojamas naudojant specialų sluoksnį, vadinamą fotorezistu – medžiaga, kuri keičia savo struktūrą veikiant šviesai. Atsižvelgiant į jų gebėjimą keisti savybes apšvitinant, fotorezistai gali būti klasifikuojami kaip neigiami arba teigiami.

Fotorezistas turi būti jautrus spinduliuotei, turėti didelę skiriamąją gebą ir atsparumą rūgštims.

Ant oksiduoto silicio paviršiaus, kurio oksido storis yra 3000-6000 G, naudojant centrifugą, padengiamas fotorezisto sluoksnis. Fotorezistas iš pradžių džiovinamas kambario temperatūroje, vėliau 100-150 C temperatūroje.

Substratas derinamas su fotokake ir apšviečiamas. Eksponuotas fotorezistas išryškinamas ir nuplaunamas dejonizuotame vandenyje. Likęs fotorezistas kietinamas kambario temperatūroje ir 200C temperatūroje vieną valandą, po to oksiduoto silicio paviršius atidengiamas fotokaukės raštą atitinkančiose vietose.

4) Difuzija sukurti paslėptą n+ sluoksnį (4 pav.). Vietinė difuzija yra viena iš pagrindinių technologinių operacijų kuriant puslaidininkinius IC. Difuzijos procesas lemia integralinės struktūros koncentracijos profilį ir pagrindinius IC komponentų parametrus. Difuzija puslaidininkiniuose kristaluose – tai nukreiptas priemaišų atomų judėjimas jų koncentracijos mažėjimo kryptimi. Tam tikroje temperatūroje difuzijos greitis nustatomas pagal difuzijos koeficientą, kuris yra lygus atomų skaičiui, praeinančių per 1 cm2 skerspjūvį per 1 s, kai koncentracijos gradientas yra 1 cm-4. Boras ir fosforas daugiausia naudojami kaip priemaišos silicyje, boras sukuria akceptoriaus tipo priemaišas, o fosforas – donoro tipo priemaišas. Boro ir fosforo aktyvinimo energija yra atitinkamai 3,7 ir 4,4 eV.

Gaminant IC, įgyvendinami du difuzijos tipai. Neribota šaltinio difuzija yra pirmasis difuzijos etapas, kai į puslaidininkį patenka tam tikras kiekis priemaišų. Šis procesas vadinamas vairuojančių priemaišų.

Norint sukurti tam tikrą priemaišų pasiskirstymą puslaidininkio gylyje ir paviršiuje, atliekamas antrasis difuzijos etapas iš riboto šaltinio. Šis procesas vadinamas priemaišų distiliavimas.

5) Oksido pašalinimas ir paviršiaus paruošimas prieš epitaksijos procesą (5 pav.).

6) Epitaksinės struktūros susidarymas (6 pav.). Epitaksija yra vieno kristalo auginimas ant orientuojančio substrato. Epitaksinis sluoksnis tęsia substrato kristalinę gardelę. Jo storis gali būti nuo vienasluoksnio iki kelių dešimčių mikronų. Ant paties silicio galima užauginti epitaksinį silicio sluoksnį. Šis procesas vadinamas auto- arba homoepitaksija. Skirtingai nuo autoepitaksijos, vieno kristalo sluoksnių auginimo ant substratų, kurių cheminė sudėtis skiriasi, procesas vadinamas heteroepitaksija.

Epitaksinis procesas leidžia gauti vienodos priemaišų koncentracijos ir skirtingų laidumo tipų (tiek elektroninių, tiek skylių) puslaidininkių sluoksnius. Priemaišų koncentracija sluoksnyje gali būti didesnė arba mažesnė nei substrate, todėl ant mažos varžos pagrindo galima gauti didelės varžos sluoksnius. Gaminant epitaksiniai sluoksniai gaunami reaguojant silicio junginio garams ant pagrindo paviršiaus, naudojant SiCl 4, SiBr 4 redukcijos reakcijas. Reakcijos kameroje, esančioje substrato paviršiuje, reakcija vyksta 1150-1270C temperatūros diapazone

SiCl4+2H2=Si+4HCl,

dėl to grynas silicis kietos nuosėdos pavidalu užbaigia substrato gardelę, o lakusis junginys pašalinamas iš kameros.

Epitaksinis augimo procesas vykdomas specialiuose įrenginiuose, kurių darbinis tūris yra kvarcinis vamzdelis, o vandenilis ir azotas naudojami kaip nešančiosios dujos.

N tipo epitaksinio sluoksnio storis yra 10-15 mikronų, varža 0,1-10 Ohm*cm. Epitaksiniame sluoksnyje suformuojami tranzistorių kolektoriai ir rezistorių kišenės.

7) Epitaksinio sluoksnio paviršiaus oksidacija, siekiant sukurti apsauginę kaukę atskyrimo difuzijos metu (7 pav.).

8) Fotolitografija langų atidarymui separacijos difuzijai (8 pav.).

9) Atskyrimo difuzijos vykdymas ir izoliuotų kišenių sukūrimas (9 pav.).

Atskyrimo difuzija vykdoma dviem etapais: pirmasis (pavaros) - 1100-1150C temperatūroje, antrasis (dispersinis) - 1200-1250C temperatūroje. Boras naudojamas kaip difuzorius. Atskyrimo difuzija vyksta visame epitaksinio sluoksnio gylyje; šiuo atveju silicio substrate susidaro atskiros puslaidininkių sritys, atskirtos p-n sandūromis. Kiekvienoje izoliuotoje srityje dėl vėlesnių procesų susidaro vientisas elementas.

10) Paviršiaus oksidacija fotolitografijai bazinės difuzijos sąlygomis (10 pav.).

11) Fotolitografija atidarant langus pagrindinei difuzijai (11 pav.).

12) Pagrindo sluoksnio formavimas difuzijos būdu p tipo priemaišai (12 pav.).

13) Paviršiaus oksidacija ketvirtajai fotolitografijai (13 pav.).

14) Fotolitografija langų atidarymui emiterio difuzijai (12 pav.).

15) Emiterio sluoksnio susidarymas difuzijos būdu n-tipo priemaišai, taip pat vėlesnė paviršiaus oksidacija (15 pav.).

Emiterio difuzija vykdoma vienu etapu apie 1050C temperatūroje. Kartu su emiteriais susidaro kolektorių kontaktų zonos. Fosforas naudojamas kaip priedas. Sluoksnio storis d? 0,5-2,0 mikronų, akceptoriaus koncentracija N ? 10 21 cm -3 Naudojama sukurti tranzistorių emiterius, mažos varžos rezistorius, dopingo kolektorių kontaktus ir kt.

16) Penktoji fotolitografija kontaktiniams langams atidaryti (16 pav.).

17) Aliuminio plėvelės purškimas (17 pav.).

IC elementų jungtys sukuriamos metalizuojant. Ant IC paviršiaus padengiamas 1 mikrono storio aliuminio sluoksnis, naudojant terminį išgarinimą vakuume.

18) Fotolitografija, skirta sukurti laidų raštą ir užtepti apsauginio dielektriko sluoksnį (18 pav.).

Po to Fotolitografijoje metalas deginamas azoto aplinkoje 500C temperatūroje.

Integralinių komponentų skaičiavimas