MINISTERUL EDUCAȚIEI AL FEDERĂȚIA RUSĂ
UNIVERSITATEA TEHNICĂ DE STAT ORYOL
Departamentul PTEiVS
LUCRARE DE CURS
pe tema: " Tehnologie pentru fabricarea cipurilor de circuite integrate semiconductoare »
Disciplina: „Știința materialelor și materialelor electronice”
Completat de un elev din grupa 31-R
Kozlov A.N.
Şeful Koschinskaya E.V.
Vultur, 2004
Introducere
Partea I. Revizuire analitică
1.1 Circuite integrate
1.2 Cerințe pentru substraturile semiconductoare
1.3 Caracteristicile siliciului monocristalin
1.4 Motivația utilizării siliciului monocristalin
1.5 Tehnologie de producere a siliciului monocristalin
1.5.1 Obținerea siliciului de puritate semiconductoare
1.5.2 Creșterea monocristalelor
1.6 Prelucrarea mecanică a siliciului monocristalin
1.6.1 Calibrare
1.6.2 Orientare
1.6.3 Tăiere
1.6.4 Slefuire si lustruire
1.6.5 Gravarea chimică a plăcilor semiconductoare și a substraturilor
1.7 Funcționarea împărțirii substraturilor în plăci
1.7.1 Inscripţionare cu diamante
1.7.2 Marcare cu laser
1.8 Ruperea napolitanelor în cristale
Partea a II-a. Calcul
Concluzie
Tehnologia de fabricație a circuitelor integrate este un set de metode mecanice, fizice și chimice de prelucrare a diferitelor materiale (conductori, dielectrici, metale), în urma cărora se creează un circuit integrat.
Creșterea productivității muncii se datorează în primul rând îmbunătățirii tehnologiei, introducerii metodelor tehnologice progresive, standardizării echipamentelor și sculelor tehnologice și mecanizării muncii manuale pe baza automatizării proceselor tehnologice. Importanța tehnologiei în producția de dispozitive semiconductoare și circuite integrate este deosebit de mare. Îmbunătățirea constantă a tehnologiei dispozitivelor semiconductoare a fost cea care a condus, într-un anumit stadiu al dezvoltării sale, la crearea de circuite integrate și, ulterior, la producția pe scară largă a acestora.
Producția de circuite integrate a început în jurul anului 1959, pe baza tehnologiei planare propuse până atunci. Baza tehnologiei planare a fost dezvoltarea mai multor metode tehnologice fundamentale. Odată cu dezvoltarea metodelor tehnologice, dezvoltarea SI a inclus cercetarea principiilor de funcționare a elementelor acestora, inventarea de noi elemente, îmbunătățirea metodelor de purificare a materialelor semiconductoare, efectuarea studiilor fizico-chimice a acestora în vederea stabilirii unor caracteristici atât de importante. ca solubilitatea limită a impurităților, coeficienții de difuzie a impurităților donor și acceptor etc.
Într-o scurtă perioadă istorică, microelectronica modernă a devenit una dintre cele mai importante domenii ale progresului științific și tehnologic. Crearea de circuite integrate mari și ultra-mari, microprocesoare și sisteme cu microprocesoare a făcut posibilă organizarea producției în masă a calculatoarelor electronice de mare viteză, diferite tipuri de echipamente electronice, echipamente de control al proceselor, sisteme de comunicații, sisteme și dispozitive automate de control și reglare.
Microelectronica continuă să se dezvolte într-un ritm rapid, atât în direcția îmbunătățirii tehnologiei integrate cu semiconductori, cât și în direcția utilizării noilor fenomene fizice.
1.6.1 Calibrare
Calibrarea monocristalelor de materiale semiconductoare. Se asigură că li se oferă o formă strict cilindrică și un diametru dat. Calibrarea monocristalelor semiconductoare este cel mai adesea efectuată prin metoda de șlefuire cilindrică pe mașini de șlefuit cilindric universal echipate cu o roată de șlefuit diamantată cu o dimensiune a granulelor desemnată 50/40 (fracția principală este de 40 de microni, iar cantitatea de fracții grosiere, 50). microni în dimensiune, nu este mai mare de 15%). Înainte de operația de calibrare, conurile metalice („centre”) sunt lipite de capetele monocristalului folosind mastic adeziv, astfel încât axa lor să coincidă cu axa longitudinală a monocristalului.
După calibrare, pe suprafața monocristalului se formează un strat deteriorat cu o adâncime de 50...250 μm, în funcție de viteza de avans longitudinală. Prezența sa la periferia substraturilor poate provoca apariția așchiilor, iar în timpul prelucrării ulterioare la temperatură ridicată duce la generarea de defecte structurale care se propagă în regiunile centrale ale substratului. Pentru a îndepărta stratul deteriorat, monocristalele semiconductoare care au suferit operații de calibrare sunt supuse gravării chimice.
6.2 Orientare
În timpul creșterii monocristalelor, se observă o discrepanță între axa lingoului și axa cristalografică. Pentru a obține plăci orientate într-un plan dat, lingourile sunt orientate înainte de tăiere. Metodele de orientare a cristalelor sunt determinate de natura lor, tipul piesei și scopul său funcțional. Dielectricii optic izotropi sunt orientați să ia în considerare influența proprietăților tehnologice ale cristalului asupra preciziei parametrilor piesei. Pentru dielectricii anizotropi, poziția suprafețelor de refracție și reflectoare ale piesei depinde de conversia necesară a fluxului luminos. Orientarea semiconductorilor presupune definirea planului cristalografic în care materialul are proprietăți electrice specificate. Orientarea semiconductorilor se realizează prin metode cu raze X sau optice.
Metoda cu raze X se bazează pe reflectarea razelor X de pe suprafața unui material semiconductor. Intensitatea reflexiei depinde de densitatea de împachetare a atomilor pe un plan dat. Un plan cristalografic plin mai dens cu atomi corespunde unei intensități mai mari de reflexie a razelor. Planurile cristalografice ale materialelor semiconductoare sunt caracterizate de anumite unghiuri de reflexie a razelor X incidente asupra lor. Valorile acestor unghiuri pentru siliciu: (111) -17°56", (110) - 30° 12", (100) - 44°23"
Metoda difractometrică cu raze X se bazează pe măsurarea unghiului de reflexie a radiației caracteristice de raze X dintr-un plan identificat. În acest scop, se folosesc difractometre cu raze X de uz general, de exemplu, tip DRON-1.5, sau instalații cu raze X, de exemplu, tip URS-50I (M), și altele, echipate cu goniometre și dispozitive cu raze X. care asigură rotirea unui monocristal situat orizontal în jurul unei axe la o viteză dată.
Când se efectuează măsurători, fasciculul de raze X incident pe capătul tăieturii monocristalului este îndreptat către unghiul de reflexie Bragg p. Contorul de raze X (Geiger) este plasat la un unghi de 2p față de fasciculul incident. Dacă planul orientat, de exemplu (111), formează un anumit unghi, și cu tăietura de capăt a monocristalului, atunci reflexia din acesta poate fi obținută prin rotirea monocristalului la același unghi.
Unghiul de reflexie este determinat în raport cu două axe reciproc perpendiculare, dintre care una se află în planul desenului (Figura 3)
Figura 3 - Schema de orientare a monocristalelor semiconductoare folosind metoda razelor X: fascicul de raze X 1-incident; 2- monocristal; 3 - raze X reflectate: 4 - contor Geiger
Metoda optică se bazează pe faptul că pe suprafața semiconductorului apar pe suprafața semiconductoare gravate într-un gravator selectiv, a cărui configurație este determinată de orientarea sa cristalografică. Pe suprafața (111), figurile de gravură au forma unor piramide triedrice, iar pe suprafața (100) sunt tetraedrice. Când o astfel de suprafață este echipată cu un fascicul de lumină paralel, razele reflectate vor forma figuri luminoase pe ecran.
În funcție de cât de puternic este deviat planul tăieturii de capăt al monocristalului de la plan (hkl), figura luminoasă formată de fasciculul de lumină reflectat va fi mai aproape sau mai departe de centrul ecranului. Prin mărimea abaterii figurii luminoase de la diviziunea zero a ecranului, se determină unghiul de abatere și planul capătului monocristalului față de plan (hkl). Apoi, rotind monocristalul cu 90°, se determină un alt unghi P; După ce orientarea monocristalului este finalizată, la capătul acestuia se aplică o săgeată cu un tăietor de carbură, a cărei direcție indică în ce direcție de la capătul monocristalului este deviat planul necesar. Precizia orientării monocristalelor semiconductoare prin metoda cu raze X este ± (2...6)", iar prin metoda optică ±(15...30)".
1.6.3 Tăiere
Tabelul 2 - Caracteristici comparative ale materialelor abrazive
Diamantul este cel mai dur material. La prelucrarea siliciului se folosesc atât diamante naturale, cât și cele sintetice, care sunt inferioare ca proprietăți mecanice față de cele dintâi. Uneori se folosesc carburi de bor B 4 C și siliciu SiC, precum și electrocorindon Al 2 O 3. În prezent, la tăierea lingourilor de siliciu în plachete, discuri metalice cu o margine de tăiere diamantată internă sunt folosite ca unealtă de tăiere..
Figura 5 - Schema de instalare pentru tăierea cu disc diamantat: a - metoda de tăiere internă; b - metoda de tăiere cu pieptene (1 - tambur; 2 - disc; 3 - acoperire cu diamant; 4 - dorn; 5 - placă; 6 - lingot)
Suprafața plachetelor obținute după tăiere nu îndeplinește cerințele de calitate a suprafeței de siliciu folosind tehnologia plană. Folosind un scaner cu difracție de electroni, se determină prezența straturilor apropiate de suprafață care nu au o structură monocristalină. Grosimea stratului deteriorat după tăierea cu un disc este de 10 - 30 de microni, în funcție de viteza de rotație a discului. Deoarece într-un IC adâncimea la care sunt localizate joncțiunile p-n este de unități și zecimi de micron, prezența straturilor deteriorate cu o grosime de 10 - 30 microni este inacceptabilă. Microrugozitatea suprafeței nu trebuie să depășească 0,02 - 0,1 microni. În plus, fotolitografia paralelismului planului plachetei trebuie menținută la ±1 µm pe diametrul plăcii în loc de 10 µm după tăiere.
6.4 Slefuire si lustruire
Pentru a asigura calitatea cerută, suprafețele plăcilor trebuie prelucrate în continuare. Acest tratament constă în șlefuirea și apoi lustruirea plăcilor. Șlefuirea și lustruirea plăcilor se efectuează pe mașini de șlefuit de suprafață de precizie folosind materiale abrazive cu granulație de aproximativ 40 de microni (micropulberi). Cel mai adesea, se folosesc grupuri de micropulberi cu granule de 14 microni sau mai puțin. Tabelul 3 prezintă mărcile și dimensiunile granulelor principalelor fracțiuni de micropulberi utilizate. Micropulberile M14, M10, M7, M5 sunt fabricate din bor, siliciu și carburi electrocorindon, micropulberile de calitate ASM sunt fabricate din diamant.
Tabel 3 - Micropulberi pentru slefuirea si lustruirea plachetelor de siliciu
În funcție de tipul de micropulbere, se selectează materialul de suprafață al râșniței. La șlefuirea plăcilor cu micropulberi M14-M15, se folosește un șlefuitor de sticlă la lustruirea cu micropulberi ASM, se folosesc șlefuitoare speciale cu o suprafață din materiale textile; La prelucrarea plăcilor, trei capete cu plăci lipite sunt instalate pe polizorul de lucru. Capetele sunt împiedicate să se miște în jurul polizorului prin suporturi de ghidare speciale cu role de sprijin (Figura 6). Datorită forței de frecare care apare între suprafețele de contact ale polizorului de lucru și capete, acestea din urmă se rotesc în jurul axelor lor. Această rotație a capetelor creează condiții pentru șlefuirea sau lustruirea uniformă.
Tabelul 4 - Caracteristicile micropulberilor
| Tip pulbere | Grosimea stratului deteriorat, µm | Viteza de îndepărtare a materialului, µm/min | Clasa de rugozitate a suprafeței |
| 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 | Mai puțin de 3 | 0,25 | 13 – 14 |
| ASM0.3/0.1 | Mai puțin de 3 | 0,2 | 14 |
Figura 6 - Diagrama unei mașini de șlefuit de suprafață și locația capetelor : 1- dispozitiv de dozare cu suspensie abrazivă ; 2- marfă ; 3- cap ; 4- farfurii ; 5- polizor ; 6- rola de ghidare
În general, prelucrarea mecanică a plachetelor care îndeplinesc cerințele tehnologiei plane duce la pierderi mari de siliciu (aproximativ 65%).
6.5 Gravarea chimică a plachetelor și substraturilor semiconductoare
Este însoțită de îndepărtarea unui strat de suprafață cu o structură cristalină deteriorată mecanic, alături de care sunt îndepărtați și contaminanții prezenți pe suprafață. Decaparea este o operațiune tehnologică obligatorie.
Gravarea acidă a semiconductorilor, în conformitate cu teoria chimică, are loc în mai multe etape: difuzia reactivului la suprafață, adsorbția reactivului de către suprafață, reacțiile chimice de suprafață, desorbția produselor de reacție și difuzia lor de la suprafață.
Gravanții pentru care cele mai lente etape care determină procesul general de gravare sunt difuzia se numesc lustruire. Sunt insensibile la neomogenitățile fizice și chimice ale suprafeței, netezesc rugozitatea, nivelând microrelieful. Viteza de gravare în agenții de decantare pentru lustruire depinde în mod semnificativ de vâscozitatea și amestecarea agentului de gravare și depinde puțin de temperatură.
Gravanții pentru care etapele cele mai lente sunt reacții chimice de suprafață sunt numiți selectivi. Viteza de gravare în agenții selectivi depinde de temperatură, structură și orientarea cristalografică a suprafeței și este independentă de vâscozitatea și amestecarea agentului de decapare. Gravanții selectivi cu o diferență mare în ratele de gravare în diferite direcții cristalografice sunt de obicei numiți anizotropi.
Reacțiile chimice de suprafață în timpul gravării prin lustruire au loc în două etape: oxidarea stratului de suprafață al semiconductorului și conversia oxidului în compuși solubili. La gravarea siliciului, acidul azotic joacă rolul unui agent oxidant:
Acidul fluorhidric (fluorhidric), care face parte din agent de gravare, transformă oxidul de siliciu în tetrafluorura de siliciu:
Pentru gravare, care oferă o suprafață în oglindă a plăcilor, se folosește un amestec de acizi indicați într-un raport de 3:1, temperatura de gravare este de 30...40 ° C, timpul de gravare este de aproximativ 15 s.
Spărgerea plăcilor inscriptionate este o operație foarte importantă. Dacă chiar și plăcile bine scrise sunt sparte incorect, apar defecte: zgârieturi, așchii, distorsiuni ale formei cristalului etc.
7.1 Inscripționarea cu diamante
Calitatea inscripționării și a ruperii ulterioare depinde în mare măsură de starea părții de lucru a frezei cu diamante. Lucrul cu un tăietor cu o margine de tăiere sau un vârf uzat duce la ciobire în timpul înregistrării și la rupere de proastă calitate. În mod obișnuit, înscripționarea se realizează cu freze din diamant natural, care sunt mai scumpe în comparație cu frezele de diamant sintetice mai ieftine. Cutterele s-au răspândit, având o piesă de tăiere în formă de piramidă triedrică sau tetraedrică trunchiată (Figura 7, c), ale cărei elemente de tăiere sunt nervurile sale.
7.2 Marcare cu laser
În timpul marcajului cu laser (Figura 8), semnele de separare între structurile finite sunt create prin evaporarea unei benzi înguste de material semiconductor de pe suprafața plachetei pe măsură ce aceasta se mișcă în raport cu fasciculul laser focalizat. Acest lucru duce la formarea de caneluri relativ adânci (până la 50...100 µm) și înguste (până la 25...40 µm) în placă. Canelura, îngustă și adâncă ca formă, joacă rolul unui concentrator mecanic de stres. Când placa se rupe, tensiunile rezultate duc la formarea de fisuri în partea inferioară a canelurii, care se propagă pe toată grosimea plăcii, ducând la separarea acesteia în cristale individuale.
Alături de crearea unei caneluri de divizare adânci, avantajul marcajului cu laser este productivitatea sa ridicată (100...200 mm/s), absența microfisurilor și a așchiilor pe placă semiconductoare. Un generator cuantic optic cu impulsuri cu o rată de repetare a impulsurilor de 5...50 kHz și o durată a impulsului de 0,5 ms este utilizat ca unealtă de tăiere.
Figura 8 - Schema de marcare cu laser a unei plachete semiconductoare
8 Spărgerea napolitanelor în cristale
Ruperea napolitanelor în cristale după marcare se realizează mecanic prin aplicarea unui moment de încovoiere. Absența defectelor cristalului depinde de forța aplicată, care depinde de raportul dintre dimensiunile totale și grosimea cristalelor.
Figura 10 - Ruperea unei plăci semiconductoare prin rulare între role: 1 - napolitană; 2 - rola elastica; 3 - folie de protectie; 4 - rola de otel; 5 - folie suport
Placa 1, situată cu marcajele în sus, se rulează între două role cilindrice: elasticul superior (cauciuc) 2 și oțelul inferior 4. Pentru a menține orientarea inițială a cristalelor, placa se fixează pe o folie purtător termoplastică sau adeziva 5. iar suprafața sa de lucru este protejată cu folie de polietilenă sau lavsan 3. Distanța dintre role, determinată de grosimea plăcii, se stabilește prin deplasarea uneia dintre ele.
La spargerea pe un suport sferic (Figura 11), placa 2, situată între două folii subțiri de plastic, se așează cu semnele în jos pe diafragma de cauciuc 3, deasupra se pune suportul sferic 1 și, cu ajutorul diafragmei, se presează placa. împotriva ei folosind metode pneumatice și hidraulice, care se sparge în cristale individuale. Avantajele acestei metode sunt simplitatea, productivitatea ridicată (ruperea nu durează mai mult de 1-1,5 minute) și natura într-o singură etapă, precum și calitatea destul de ridicată, deoarece cristalele nu se mișcă unul față de celălalt.
Tabelul 5 - Adâncimea stratului deteriorat de plachete de siliciu după diferite tipuri de tratament mecanic
Partea a II-a. Calcul
DETERMINAREA ADMINISTRĂRII TOTALE PENTRU PRELUCRĂRI MECANICE
Z=Z GSh +Z TS +Z PP +Z FP,
unde Z este suma toleranțelor pentru prelucrare, Z GSh este adaosul pentru șlefuirea brută, Z TS este aportul pentru șlefuirea fină, Z PP este aportul pentru lustruirea preliminară, Z FP este aportul pentru lustruirea de finisare.
m ∑ = ρ* l ∑ * S,
unde S este aria piesei de prelucrat, ρ= 2,3 g/cm este densitatea siliciului.
m ∑ = 2,3* 10 3 * 696,21* 10 -6 * 0,0177 = 0,0283 kg
Greutatea piesei prelucrate:
m= 2,3* 10 3 * 550* 10 -6 * 0,0177 = 0,0223 kg
M P = (N* m) / n,
unde M P este masa utilă a materialului.
k IM = M P / M,
unde k IM este coeficientul de utilizare a materialului.
K MI =11,903/16,479 = 0,722
Concluzie
În cadrul lucrării de curs a fost dezvoltat un proces tehnologic pentru producerea de cipuri de circuit integrat semiconductor din siliciu monocristalin. Totodată, coeficientul de utilizare a materialului pentru condiţiile de producţie avute în vedere a fost de 0,722. Acest lucru sugerează că fabricabilitatea producției este la un nivel destul de ridicat, mai ales în etapa de prelucrare a pieselor de prelucrat, deoarece randamentul potrivit pentru prelucrare este de 81%. Rata de utilizare a materialului este destul de mare, deși acest proces tehnologic a fost introdus în producție relativ recent.
Bibliografie
1. Berezin A.S., Mochalkina O.R.: Tehnologia și proiectarea circuitelor integrate. - M. Radio şi Comunicaţii, 1983. - 232 p., ill.
2. Gotra Z. Yu Tehnologia dispozitivelor microelectronice: Manual. - M.: Radio şi Comunicaţii, 1991. - 528 p.: ill.
3. Koledov L. A. Tehnologie și design de microcircuite, microprocesoare și microansambluri: manual pentru universități. - M.: Radio și comunicare, 1989. - 400 p., cap.
4. Proiectarea și tehnologia microcircuitelor. Proiectarea cursului: ed. L. A. Koledova. - M.: Mai sus. scoala, 1984. - 231 p., ill.
5. StepanenkoI. P. Fundamentele microelectronicii: Manual pentru universităţi. - Ed. a II-a, revizuită. si suplimentare - M.: Laboratorul de Cunoștințe de bază, 2000 - 488 p., ill.
6. Chernyaev V. N. Tehnologia producției de circuite integrate și microprocesoare: manual pentru universități. - Ed. a II-a, revizuită. si suplimentare - M.: Radio şi Comunicaţii, 1987. - 464 p.: ill.
Introducere
1.revizuire analitică 2. Partea tehnologică 1 Descrierea procesului tehnologic 2 Selectarea unei clase de spații de producție 3 Materiale de bază și reactivi 4 Operații tehnologice de bază 4.1 Curățarea substratului 4.2 Oxidarea termică 4.3 Procese litografice 4.4 Implantarea ionică 4.5 Metalizarea 4.6 Izolație interstrat 3. calcule inginereşti şi economice Concluzie Introducere Tehnologia circuitelor integrate s-a dezvoltat într-un ritm extrem de rapid și a obținut un succes incredibil. Electronica a trecut prin mai multe etape de dezvoltare, în cursul cărora s-au schimbat câteva generații ale elementelor de bază: electronică discretă a dispozitivelor electrice de vid, electronică integrată a microcircuitelor (microelectronica), electronică integrată a dispozitivelor microelectronice funcționale (microelectronica funcțională). În prezent, acesta joacă un rol decisiv în îmbunătățirea aproape a tuturor sectoarelor economiei naționale (în calculatoare se folosesc circuite integrate, sisteme de proiectare asistată de calculator, roboți industriali, comunicații etc.). Procesele tehnologice utilizate la fabricarea circuitelor integrate (CI) semiconductoare sunt de natură de grup, adică. Un număr mare de circuite integrate sunt fabricate simultan. Multe operațiuni tehnologice fac posibilă prelucrarea a până la 200 de napolitane, ceea ce permite producerea simultană a peste un milion de dispozitive electronice. Pentru a realiza marile posibilități ale tehnologiei plane, este necesar să se îndeplinească un număr considerabil de cerințe generale de producție și anumite condiții tehnologice care să asigure producerea de mostre de înaltă calitate de semifabricate în toate etapele tehnologice. Și acest lucru este imposibil fără utilizarea unor materiale de bază și auxiliare deosebit de pure, alocate unei clase speciale „pentru producția de semiconductori”, echipamente tehnologice de precizie și de control și instalații de producție care îndeplinesc cerințe atât de înalte de igienă tehnologică, care nu se găsesc în nicio altă parte. industrii. Scopul acestui proiect este de a studia tehnicile tehnologice moderne în producția de produse electronice în stare solidă și de a dezvolta un proces tehnologic end-to-end pentru fabricarea unui tranzistor MOS cu o diodă Schottky. circuit integrat tranzistor 1. Revizuire analitică Un tranzistor cu efect de câmp cu poartă izolată este un tranzistor cu efect de câmp a cărui poartă este separată electric de canal printr-un strat de dielectric. Un tranzistor cu efect de câmp cu poartă izolată constă dintr-o plachetă (substrat) semiconductoare cu o rezistivitate relativ mare, în care sunt create două regiuni cu tipuri opuse de conductivitate electrică). În aceste zone se aplică electrozi metalici - sursă și scurgere. Suprafața semiconductorului dintre sursă și scurgere este acoperită cu un strat subțire de dielectric (de obicei un strat de oxid de siliciu). Un electrod metalic - o poartă - este aplicat stratului dielectric. Rezultatul este o structură formată dintr-un metal, un dielectric și un semiconductor (Figura 1). Prin urmare, tranzistoarele cu efect de câmp cu o poartă izolată sunt adesea numiți tranzistori MOS sau tranzistori MOS (semiconductor de metal-oxid (oxid). Figura 1 - Topologia și elementele principale ale unui tranzistor MOS Tehnologia de fabricație MOS-IC ocupă o poziție dominantă printre procesele de fabricație a circuitelor integrate semiconductoare. Acest lucru se explică prin faptul că circuitele integrate bazate pe tranzistori MOS reprezintă o parte semnificativă a principalelor produse microelectronice pentru diverse scopuri funcționale. Datorită fiabilității ridicate și complexității funcționale ridicate, MOS-IC-urile au dimensiuni geometrice mai mici decât IC-urile bazate pe tranzistoare bipolare. Tehnologia de fabricație a cipurilor MOS-IC este în multe privințe similară cu tehnologia circuitelor integrate bipolare. Diferența se datorează unui număr de caracteristici de design și tehnologice ale MOS-IC-urilor înșiși. Există tranzistoare MOS cu canal încorporat și indus: · MOSFET-urile pe canal au un canal special pe cip a cărui conductivitate este modulată de polarizarea porții. În cazul unui canal de tip p, canalul pozitiv respinge găurile din canal (modul de epuizare), iar canalul negativ atrage (modul de îmbogățire). În consecință, conductivitatea canalului fie scade, fie crește în comparație cu valoarea sa la polarizarea zero. · În MOSFET-urile cu canal indus, un canal conductiv apare între regiunile sursă și dren puternic dopate și, prin urmare, un curent de drenaj apreciabil apare doar la o anumită polaritate și la o anumită valoare a tensiunii de poartă în raport cu sursă (negativ pentru canalul p). și pozitiv pentru canalul n). Această tensiune se numește prag. Primele în producția industrială au fost p-MOS-IC-urile, deoarece Producția de n-MOS-IC a fost complicată de apariția pe suprafața p-Si în timpul oxidării termice a unui n-strat invers, care conectează electric elementele IC. Dar în prezent circuitele integrate cu canale n domină producția. Tranzistoarele cu conductivitate electronică de canal au caracteristici mai bune, deoarece mobilitatea electronilor din siliciu depășește semnificativ mobilitatea găurilor. MDP-IC-urile sunt fabricate folosind tehnologia plană. Cele mai critice momente în procesul tehnologic sunt: crearea unui dielectric de poartă, alinierea precisă a porții cu canalul și obținerea de structuri cu o lungime de canal scurtă. Pentru un tranzistor cu efect de câmp cu o poartă izolată, acesta poate fi combinat cu o diodă Schottky. O diodă Schottky integrată este un contact semiconductor-metal pe care se formează o așa-numită barieră Schottky. Tranzițiile de acest tip, realizate ținând cont de anumite cerințe, se caracterizează prin efecte precum asimetria caracteristicii curent-tensiune și prezența unei capacități de barieră. Pentru a obține astfel de tranziții, metalul depus ca electrod pe suprafața semiconductorului electronic trebuie să aibă o funcție de lucru mai mică decât funcția de lucru a semiconductorului; pentru un electrod depus pe suprafața unui semiconductor orificiu este necesar un metal cu o funcție de lucru mai mare (Figura 2). Figura 2 - Diagrama de bandă a formării barterului Schottky la punctul de contact dintre metal și semiconductorul de tip p În acest caz, în semiconductor se formează un strat îmbogățit cu purtători majoritari la interfața cu metalul, oferind o conductivitate ridicată a joncțiunii indiferent de direcția curentului. În general, fabricarea unui tranzistor MOS cu o diodă Schottky nu necesită introducerea unor operațiuni tehnologice suplimentare. 2. Partea tehnologică 1 Descrierea procesului tehnologic Figura 3 - Secvența operațiilor tehnologice pentru producerea unui tranzistor MOS cu o diodă Schottky Borul este introdus în placheta originală folosind implantarea ionică pentru a obține un substrat de tip p (Figura 3, a). După aceasta, folosind fotolitografia și implantarea ionică a fosforului, se formează zone cu un conținut crescut de donatori (Figura 3, c-f). Ulterior, se crește un strat suplimentar de dioxid de siliciu. Deoarece temperatura în această etapă este ridicată, impuritățile de fosfor în timpul acestei operațiuni sunt distribuite mai uniform pe toată grosimea stratului apropiat de suprafață al substratului (Figura 3, g). Folosind fotolitografia obișnuită, îndepărtăm oxidul de siliciu din zona care separă scurgerea și sursa viitorului tranzistor (Figura 3h). Acum, cea mai importantă operație din întregul ciclu de producție este creșterea dielectricului de poartă (Figura 3, i). Acum tot ce rămâne este să se formeze electrozii de scurgere, sursă și poartă, precum și joncțiunea Schottky. Acum vom prezenta această metalizare într-o manieră simplificată (Figura 3, j), iar apoi vom lua în considerare mai detaliat principiile formării ei (secțiunea 2.4.5). 2 Selectarea unei clase de spații de producție Cerințele moderne pentru clasele de curățenie ale camerelor curate și zonelor curate se bazează pe standardele definite în standardul federal american FS209E. Proiectul de standard rusesc pregătit este armonizat cu acest standard american. Criteriul de puritate este absența sau numărul minim de particule contaminante care, aflându-se pe suprafața plachetei, pot provoca fie defecte în straturile crescute, fie scurtcircuite în elementele IC aflate în apropiere. Tabelul 1 - Clasele de curățenie pentru particulele în aer pentru camerele curate Clasa de curățenie Concentrația maximă admisă de particule N (buc/m 3) dimensiune egală cu și mai mare decât (µm)0,10,20,30,51,0Clasa 1 ISO102---Clasa 2 ISO10024104-Clasa 3 ISO1000237102358Clasa 4 ISO10000237010203503 ISO10020350250310203503 20832Clasa 6 ISO1000000237000102000352008320Clasa 7 ISO---35200083200Clasa 8 ISO-- -3520000832000Clasa 9 ISO---352000008320000 Criteriu cantitativ - dimensiunea critică a particulei - o treime din dimensiunea orizontală geometrică minimă a elementului IC: Astfel, puteți alege o cameră curată care să corespundă claselor de curățenie de la ISO 1 la ISO 6. De asemenea, concentrându-ne pe cost, alegem clasa de curățenie ISO 2, pentru care concentrația maximă admisă de particule în aer este egală sau mai mare decât dimensiunea luată în considerare. este de 0,2 microni (numărul de particule în 1 m3 de aer) este: unde N este numărul clasei de curățenie ISO; D este dimensiunea particulelor luate în considerare, microni. 3 Materiale de bază și reactivi Timp de mulți ani, siliciul monocristalin a rămas principalul material semiconductor utilizat pentru fabricarea circuitelor integrate. Plachetele de siliciu sunt baza în ale căror straturi de suprafață sunt create regiuni semiconductoare cu caracteristici electrice specificate. Straturile dielectrice se formează pe suprafața de siliciu prin oxidarea materialului semiconductor în sine sau prin aplicarea dielectricilor din surse externe; se formează structuri de metalizare multistrat, straturi de protecție, de stabilizare și așa mai departe. Cerințele pentru plăcile de siliciu au fost elaborate în detaliu, există un întreg catalog de standarde internaționale ale asociației SEMI, în același timp, cerințele pentru siliciu continuă să crească, ceea ce este asociat cu dorința constantă de a reduce costul a produsului final – circuite integrate. Mai jos sunt prezentate câteva caracteristici geometrice ale plachetelor de siliciu în conformitate cu specificațiile tehnice ETO.035.124TU, ETO.035.206TU, ETO.035.217TU, ETO.035.240TU, ETO.035.578TU, PBCO.032.015TU. Diametru placă 100 mm. Orientarea (100) a substratului de siliciu are avantajul față de orientarea (111) a unei mobilități mai mari a electronilor datorită densității scăzute a stărilor de suprafață la interfața siliciu-izolator. Grosimea plăcii 500 microni. Răspândirea valorilor grosimii într-un lot este de ±10 µm. Răspândirea valorilor grosimii pe placă este de ±12 µm. Deformare 20 microni. Abaterea planeității ±5 µm. Cerințele ridicate pentru impurități și particule mecanice sunt plasate pe apa deionizată. Tabelul 2 prezintă extrase din materialul de ghidare al asociației internaționale SEMI care indică parametrii recomandați ai apei ultrapure pentru producerea de circuite integrate semiconductoare cu dimensiunea minimă a elementului de 0,8-1,2 microni. Indexarea corespunzătoare a reactanților lichizi conform standardelor SEMI este scrisă ca SEMI C7. Valoarea parametrului de rezistivitate electrică a apei ar trebui să fie apropiată de valoarea teoretică de 18,2 MOhm cm. Conținut de materie organică oxidabilă, ppb<10Содержание тяжелых металлов, ppb<3Частиц/литр 0,1-0,2U 0,2-0,3U 0,3-0,5U >0,5U<1500 <800 <50 <1Бактерии/100мл<5SiO23 Conținut de ioni, ppb Na +K +Cl -Br -NU 3-ASA DE 42-Numărul total de ioni, ppb 0,025 0,05 0,025 0,05 0,05 0,2<0.2Сухой остаток, ppm<0,05
Pe lângă parametrii indicați în tabel, recomandările SEMI oferă date despre prezența unor urme ale unui număr de metale în apă. Analiza se efectuează pentru conținutul următoarelor metale: Li, Na, K, Mg, Ca, Sr, Ba, B, Al, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Pb. Pentru apa de calitate SEMI C7, pentru toate aceste elemente fără excepție, urmele de concentrații admise variază de la 0,001 la 0,005 ppb. Nivelul de puritate al substanțelor chimice lichide utilizate în producția de circuite integrate este determinat de o serie de standarde internaționale și are diferite gradații în funcție de nivelul de complexitate al circuitelor integrate. „Gradul 2” are o denumire standard care începe cu simbolurile SEMI C7. Reactivii cu un nivel de puritate de „Grad 2” sunt utilizați la fabricarea circuitelor integrate cu standarde de proiectare în intervalul 0,8-1,2 microni, ceea ce corespunde cerinței sarcinii. În reactivii „Grad 2”, particulele străine care măsoară 0,5 microni și mai mari sunt controlate. În aproape întreaga gamă de reactivi, norma maximă este de 25 de particule la 1 ml de reactiv. Specificațiile pentru astfel de reactivi indică un conținut de urme de metal de 5-10 ppb. Pe lângă standardele pentru substanțele chimice de înaltă puritate, au fost elaborate specificații sub formă de ghiduri. În conformitate cu acestea, s-au format trei niveluri (niveluri) de cerințe de curățenie: A, B, C (în limba engleză - Tier A, Tier B, Tier C). Nivelul A îndeplinește cerințele standardului SEMI C7. În consecință, reactivii pentru acest proces tehnologic trebuie să îndeplinească nivelul A. Gazele joacă un rol excepțional în tehnologia de fabricație a circuitelor integrate. Aproape toate procesele tehnologice au loc într-un mediu gazos, iar problema creării unei producții „fără poluare” de dispozitive semiconductoare este în mare măsură o problemă de puritate a gazului. Există două tipuri de medii gazoase: gaze purtătoare și gaze ale reacțiilor chimice în procesele tehnologice. Presiunea parțială a gazelor purtătoare este, de regulă, ridicată și, prin urmare, puritatea lor, ținând cont de concentrația ridicată în mediul gazos de lucru, este deosebit de critică în tehnologie. Tabelul 3 - Gaze în procesele de fabricație IC Nr. Denumire Formula chimică Conținutul substanței principale, % Conținut total de impurități (ppm părți mol/mol) 1 Amoniac NH 399,998122ArgonAr99,999900,953ArsineAsH 399,94533 (din care 500 ppm sunt hidrogen H 2)4Triclorura de borBCl 399,9995 (în greutate în fază lichidă)5 (în greutate în fază lichidă)5 Trifluorura de borBF 399,00,94% - gaze insolubile în apă, 200 ppm - SiF 4. Alte impurități - 28 ppm.6 Tetrafluorura de carbonCF 499,99730, inclusiv 20 - N 2, 5 - O 27DiboranB 2H 699.81012, din care 500 sunt CO 2 300 - B 4H 10- tetraboran 50 - H 250 - N 28Diclorosilan H 2SiCl 299Principalele impurități sunt alți clorosilani în fază lichidă9HeliuHe99.99954.510HexafluoretanC 2F 699,9963911 HidrogenH 299,99972,812 Acid clorhidricHCl99,9972813 Anhidridă fluorHF99,94525, inclusiv 200 - vapori de apă în volum14 AzotN 299,999990,115 Trifluorura de azotNF 399,81000, incl 4- 500, CO - 130, N 2-100, O 2- 10016 Protoxid de azotN 2O99.99726, inclusiv 10 - N 217OxigenO 299,998218FosfinăPH 399,98181, inclusiv 100 - H 2, 50 - N 219MonosilanSiH 499,9945920Tetraclorura de siliciuSiCl 499,6 Principalele impurități: SiH 2Cl 2- 0,2% în fază lichidă, SiHCl 3- 0,2% în fază lichidă 21 Hexafluorură de sulfSF 699,97209, inclusiv 100 - CF 422 Hexafluorura de wolframWF 699,99639, inclusiv 20 - HF23 Trifluorura de clorClF 3
4 Operații tehnologice de bază 2.4.1 Curăţarea substratului Este clar că orice substrat conține o anumită cantitate de contaminanți. Acestea pot fi particule de praf, molecule de diferite substanțe, atât anorganice, cât și organice. Particulele de praf sunt îndepărtate fie prin perie mecanică, fie prin curățare cu ultrasunete. Se folosesc metode care folosesc jeturi centrifuge. Procedura de curățare chimică se efectuează de obicei după eliminarea moleculelor și atomilor anorganici și constă în îndepărtarea contaminanților organici. Procedura normală de curățare se efectuează în amestecul H 2OH 2O 2-NH 4OH, care asigură îndepărtarea compușilor organici datorită efectului de solvatare al hidroxidului de amoniu și efectului oxidant al peroxidului de hidrogen. Pentru a îndepărta metalele grele, utilizați soluția H 2OH 2O 2-Acid clorhidric. O astfel de curățare a substraturilor se efectuează la o temperatură de ~80 º C timp de 10-20 minute, dupa care se spala si se usuca. 4.2 Oxidarea termică Oxidarea semiconductorilor se referă la procesul de interacțiune a acestora cu agenții oxidanți: oxigen, apă, ozon etc. Un strat de dioxid de siliciu se formează de obicei pe o placă de siliciu datorită interacțiunii chimice a atomilor de siliciu și oxigen din regiunea aproape de suprafață a semiconductorului. Oxigenul este conținut în mediul oxidant cu care suprafața substratului de siliciu, încălzit într-un cuptor la o temperatură de 900 - 1200 ° C, este în contact. Mediul de oxidare poate fi oxigen uscat sau umed. O vedere schematică a instalației este prezentată în Figura 4 (în instalațiile moderne, plăcile din suportul substratului sunt amplasate vertical). Figura 4 — Diagrama de instalare a procesului de oxidare termică Cerințe de echipare: 1)temperatura suportului de substrat controlată cu o precizie de 1 grad; 2)asigurarea unei creșteri și scăderi lină a temperaturii în reactor (încălzire în două etape); )absența particulelor străine în reactor (suportul de substrat este mai întâi introdus în conducta reactorului și apoi coborât la fund); )absența impurităților străine, în special, a ionilor de sodiu pe suprafața internă a reactorului (pentru a le îndepărta, conducta reactorului este pre-purjată cu clor); )asigurarea introducerii plachetelor de siliciu in reactor imediat dupa curatarea chimica a acestora. Reacția chimică care are loc pe suprafața unei plăci de siliciu corespunde uneia dintre următoarele ecuații: · oxidare în atmosferă uscată de oxigen (oxidare uscată): Si televizor +O 2= SiO 2;
· oxidare în vapori de apă (oxidare umedă): Si televizor +2 ore 2O = SiO 2+ 2 ore 2;
· oxidarea termică în prezența clorului (oxidarea clorului); · oxidare în vapori de apă la temperatură și presiune ridicate (oxidare hidrotermală). La aceeași temperatură, coeficientul de difuzie al apei în dioxidul de siliciu este semnificativ mai mare decât coeficientul de difuzie al oxigenului. Aceasta explică ratele mari de creștere a oxidului din oxigenul umed. Filmele de creștere numai în oxigen umed nu sunt folosite din cauza calității proaste a oxidului. Se obțin filme mai bune în oxigen uscat, dar rata lor de creștere este prea mică. Pentru mascarea în timpul tratamentelor locale, oxidarea se efectuează în modul de oxigen uscat-umed-uscat. Pentru a forma dielectricul de poartă al structurilor MOS, se folosește oxigen uscat, deoarece Filmele sunt de calitate superioara. 4.3 Procese litografice Scopul principal al litografiei în fabricarea structurilor de microcircuite este obținerea de măști de contact cu ferestre pe suprafața plăcilor care corespund topologiei straturilor tehnologice care se formează și transferul în continuare a topologiei (modelului) de la mască la materialul acestui strat. Litografia este un proces tehnologic complex bazat pe utilizarea fenomenelor care apar în rezistențe în timpul iradierii actinice. Rezisturile a căror solubilitate în revelator crește după iradiere sunt numite pozitive. Rezisturile negative după iradiere devin practic insolubile în dezvoltator. Practica standard în industria electronică este litografia optică - fotolitografia (Figura 5) - pentru care se folosesc fotoreziste care sunt sensibile la radiațiile actinice cu o lungime de undă de la 200 la 450 nm. Fotorezistele sunt compoziții polimerice complexe care conțin componente fotosensibile și filmogene, solvenți și aditivi speciali. Proiectul folosește un fotorezistent pozitiv, de înaltă calitate și stabil FP-20F, destinat implementării proceselor fotolitografice de contact și proiecție în producția de dispozitive semiconductoare și circuite integrate. În consecință, o soluție apoasă slabă de KOH sau NaOH poate fi utilizată pentru gravare. Cel mai optim mod de a aplica fotorezist este centrifugarea. Substratul se fixează pe o centrifugă orizontală. Pe substrat se aplică 1-5 ml de fotorezist (în funcție de dimensiunea substratului). Centrifuga este rotită la o viteză de 1000-3000 rpm (în funcție de marca de fotorezist). Rotația continuă timp de 1-2 minute până când se formează o peliculă fotorezistentă, în timp ce solventul se evaporă. Figura 5 - Schema principalelor operații ale procesului fotolitografic Există mai multe metode de expunere în proiect pe care le vom folosi fără contact (Figura 6). Imprimarea prin proiecție elimină complet deteriorarea suprafeței șablonului. O imagine a modelului topologic al șablonului este proiectată pe o placă acoperită cu rezistență, care este situată la o distanță de câțiva centimetri de șablon. Sursă de lumină; 2- sistem optic; 3- șablon; Fotorezist; 5- plachetă de siliciu. Figura 6—Schema tipăririi prin proiecție Pentru a obține o rezoluție ridicată, este afișată doar o mică parte din designul șablonului. Această mică zonă reflectată este scanată sau mutată pe suprafața plachetei. La scanarea dispozitivelor de imprimare prin proiecție, șablonul și placa se mișcă sincron. Când uscați fotorezist, este foarte important să alegeți temperatura și timpul potrivit. Uscarea fotorezistului va fi efectuată prin metoda cea mai comună - radiația IR. În acest caz, solventul este îndepărtat uniform pe toată grosimea stratului de rezistență și nu are loc compactarea acestuia, iar timpul de uscare este redus la câteva minute. 4.4 Implantarea ionică Dopajul materialelor semiconductoare pentru a obține parametrii electrici specificați ai straturilor la formarea unei anumite structuri geometrice a IC rămâne cea mai importantă sarcină tehnologică. Există două tipuri de dopaj: difuziune (include etapele conducerii impurității și accelerarea ulterioară) și ionică. Cea mai comună este implantarea ionică (dopajul ionic) ca proces de introducere a atomilor ionizați într-o țintă cu energie suficientă pentru a pătrunde în regiunile sale apropiate de suprafață (Figura 7). Această metodă se distinge prin versatilitatea sa (orice impuritate poate fi introdusă în orice solid), puritatea și acuratețea procesului de aliere (pătrunderea impurităților necontrolate este practic eliminată) și temperaturile scăzute ale procesului. Sursa de ioni; 2 - spectrometru de masă; 3 - diafragma; 4 - sursa de inalta tensiune; 5 - tub de accelerare; 6 - lentile; 7 - alimentare pentru obiectiv; 8 - sistem de deviere verticală a fasciculului și sistem de oprire a fasciculului; 9 - sistem de deviere a fasciculului orizontal; 10 - țintă pentru absorbția particulelor neutre; 11 - substrat. Figura 7 - Schema instalației de dopaj ionic În timpul implantării ionice, apar o serie de efecte nedorite, cum ar fi efectul de canalizare, amorfizarea stratului aproape de suprafață al substratului și formarea de defecte de radiație. Efectul de canalizare este observat atunci când un ion intră în spațiul liber dintre rândurile de atomi. Un astfel de ion pierde treptat energie din cauza ciocnirilor slabe de alunecare cu pereții canalului și în cele din urmă părăsește această regiune. Distanța parcursă de un ion într-un canal poate fi de câteva ori mai mare decât lungimea traseului unui ion într-o țintă amorfă, ceea ce înseamnă că profilul de distribuție a impurităților este neuniform. Când ionii sunt introduși într-un substrat cristalin de siliciu, aceștia sunt supuși coliziunilor electronice și nucleare, cu toate acestea, numai interacțiunile nucleare duc la deplasarea atomilor de siliciu. Ionii ușori și grei interacționează diferit cu substratul. Ionii de lumină, atunci când sunt introduși într-o țintă, experimentează inițial frânarea electronică. Există o concentrație maximă ascunsă în profilul distribuției atomilor deplasați pe adâncimea substratului. Când ionii grei pătrund, ei încep imediat să fie puternic inhibați de atomii de siliciu. Ionii grei deplasează un număr mare de atomi țintă din locurile rețelei cristaline de lângă suprafața substratului. În profilul final al distribuției densității defectelor de radiație, care repetă distribuția căilor libere ale atomilor de siliciu eliminați, există un vârf ascuns larg. De exemplu, ioni de lumină 11B experiență în principal frânare electronică, ioni grei 31P sau 75As - inhibat de atomii de siliciu. În acest sens, după dopajul ionic, este necesar să se efectueze o recoacere post-implantare pentru a restabili regiunea aproape de suprafață a țintei. Vom forma regiunile de dren și sursă prin introducerea de fosfor, iar pentru a obține un substrat de tip p, vom dopa substratul inițial cu bor. 4.5 Metalizarea Metalizarea completează procesul de formare a structurilor semiconductoare. Pentru fiecare IC, este recomandabil să se efectueze metalizarea dintr-un material. Procesul de metalizare constă în implementarea de interconexiuni cu rezistență scăzută și crearea de contacte cu rezistență scăzută la regiunile de tip p și n puternic dopate și la straturi de siliciu policristalin. Conform sarcinii pentru proiectul de curs, este necesar să se formeze 3 straturi de metalizare. Această metalizare îndeplinește mai pe deplin cerințele, dar este mai puțin avansată din punct de vedere tehnologic, deoarece conține mai mult de un strat de metal. Metalele refractare, în special molibdenul și vanadiul, sunt cel mai adesea folosite ca prim strat de metalizare pe oxid. Au o conductivitate mai mare decât alte metale refractare, se caracterizează prin stabilitate ridicată, aderență bună și sunt ușor de gravat prin fotolitografie. Ele trebuie să aibă o solubilitate scăzută în materialul substratului și să creeze un contact ohmic bun cu semiconductorul și o tensiune de prag scăzută. Al doilea strat este de obicei din aluminiu și, în special, în dispozitivele critice - aur. Trebuie să fie foarte conductiv. Ultimul strat de metalizare din ordinea aplicării, numit strat conductiv, trebuie să aibă o conductivitate electrică bună și să asigure conectarea de înaltă calitate a plăcuțelor de contact la bornele carcasei. Cuprul, aluminiul și aurul sunt folosite pentru straturile conductoare. Există multe metode de producere a foliilor metalice. Obținerea de filme de înaltă calitate, necontaminate, folosind depunerea în vid termic, este dificilă. Filmele de aluminiu obținute prin evaporare în vid termic au o mare denivelare a granulelor și o concentrație mare în interiorul boabelor. Tratamentul termic ulterior duce la migrarea atomilor de metal și la acumularea lor în jurul particulelor mari cu formarea de tuberculi înalți. Obținerea modelelor pe astfel de filme prin fotolitografie duce la neregularități mari de margine din cauza anizotropiei gravării de-a lungul limitelor de granule. Prin urmare, pentru a obține linii de metalizare de lățime foarte mică, procesele de vid termic sunt abandonate. Metoda de depunere chimică a filmelor dintr-un amestec de vapori-gaz este mai des folosită în condiții de laborator. Fasciculul de electroni, în ciuda faptului că complică proiectarea instalației, poate reduce contaminarea filmului și poate crește productivitatea procesului (Figura 8). Rata optimă de creștere a filmului este de 0,5 µm/min. Folosind această metodă, se aplică folii de aluminiu și aliajele sale, precum și Si, Pd, Au, Ti, Mo, Pt, W. Beneficiile evaporării fasciculului de electroni includ: · capacitatea de a utiliza surse de masă mare (nu este necesară repornirea la aplicarea foliilor groase); · posibilitatea aplicării secvențiale a diferitelor filme din surse adiacente situate în aceeași cameră; · rata mare de creștere a filmului; · posibilitatea de pulverizare a materialelor refractare. Bariera Schottky, în ceea ce privește funcțiile sale, nu aparține metalizării, dar, în funcție de tehnologia de formare, poate fi clasificată ca metalizare, deoarece este similar cu obținerea de contacte ohmice cu regiunile active. Cea mai importantă etapă în formarea barierelor Schottky este selectarea unei perechi metal-semiconductor și a modurilor optime. Deci, pentru stratul de contact vom folosi siliciură de platină, care va fi aplicată prin evaporare cu fascicul de electroni prin evaporare în comun din două surse. Bariera Schottky va fi asigurată de un aliaj de titan și tungsten depus pe siliciu folosind aceeași metodă. În esență, acest aliaj va fi similar cu regiunea puternic aliată. Pentru stratul conductor, folosim aluminiu, depus tot prin evaporarea fasciculului de electroni. 4.6 Izolație interstrat Metalizarea pe mai multe niveluri este utilizată pentru LSI și VLSI. O creștere a numărului de elemente mărește și aria conexiunilor între elemente, astfel încât acestea sunt amplasate pe mai multe niveluri, separate prin straturi izolatoare și interconectate în locurile potrivite. Filmele dielectrice izolante trebuie să aibă o tensiune mare de rupere, constantă și pierderi dielectrice scăzute, interacțiune chimică minimă cu peliculele adiacente, niveluri scăzute de solicitare mecanică, densitate scăzută a sarcinii electrice asociate, stabilitate chimică și fabricabilitate ridicate la obținerea filmelor și crearea de modele. Prezența microgăurilor de trecere, care poate duce la un scurtcircuit între straturile de metalizare, este inacceptabilă. Tehnologia metalizării pe mai multe niveluri include formarea primului nivel de metalizare, obținerea unui strat izolator cu deschiderea ulterioară a ferestrelor de contact între niveluri, formarea unui al doilea strat de metalizare etc. Multe circuite integrate produse comercial sunt realizate pe baza metalizării aluminiului cu straturi izolatoare de SiO 2. Filmele de dioxid de siliciu pot fi depuse cu sau fără aditivi de aliere. Cel mai important parametru în timpul depunerii SiO 2- reproductibilitatea reliefului (Figura 9). Figura 9-Reproducere conformă. Grosimea filmului de pe pereții treptei nu diferă de grosimea de pe fund și suprafață. Datorită migrației rapide de suprafață În acest proiect, dioxidul de siliciu nedopat aplicat prin depunere chimică de vapori este utilizat ca film izolator între metalizarea pe mai multe niveluri (Figura 10). Acesta din urmă se bazează pe utilizarea fenomenului de piroliză sau a reacțiilor chimice în formarea peliculelor de material izolator. Figura 10 - Instalare pentru formarea peliculei prin depunere chimică de vapori la presiune normală Monosilanul SiH este utilizat ca gaz reactiv. 4și oxigen și azot ca gaz tampon. SiH 4+O 2→ SiO 2+ 2 ore 2
Acest proces este cea mai scăzută temperatură pentru obținerea de straturi dielectrice de înaltă calitate de SiO 2(reacția se efectuează în intervalul de temperatură 200-400 º CU). Dezavantajul este că silanul este inflamabil și exploziv. Peliculele se formează foarte curate, dar din cauza temperaturilor scăzute sunt libere. Pentru a evita acest lucru, este necesar să se regleze strict concentrația de silan în faza gazoasă și să o furnizeze direct la suprafața plăcilor, prevenind creșterea SiO 2în faza gazoasă. 3. calcule inginereşti şi economice Tema proiectului: Dezvoltarea unui proces tehnologic de fabricare a circuitelor integrate semiconductoare Tip tehnologie: MOSFET cu dioda Schottky Material suport: Si Date inițiale pentru proiect: Dimensiunea cristalului (cipului). 10x10 mm2
Standard minim de proiectare pentru un element IP 0,3 µm Densitatea defectelor pe strat 0,1 def/cm2
Numărul de straturi de metalizare 1
Procentul de randament al structurilor adecvate pe placă (Y) se calculează folosind următoarea formulă: unde D0 este densitatea specifică a defectelor per fotolitografie, def/cm2; A este aria activă a cristalului, cm2; F este numărul de procese fotolitografice din ciclul tehnologic complet al producției IC. Calculul volumului total de producție de produse adecvate se realizează pe baza datelor inițiale. Randamentul structurilor adecvate pe placă: , unde Apl este aria activă a unei plăci cu diametrul de 100 mm, A este aria elementului, cm2. Volumul anual de producție la lansarea Z=300 de napolitane pe zi, cu condiția ca procentul de randament al produselor adecvate în operațiunile de asamblare să fie W=95%: Masa. Calculul tensiunii de prag a unui tranzistor MOS. N A , cm -31∙1016 => 1∙1022m -3W H , µm1,5 = 1,5∙10 -6mt bou , 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 unde este potentialul de suprafata. unde este căderea de tensiune pe stratul de oxid. CONCLUZIE Acest curs examinează tehnologia de fabricație a plăcilor de circuite integrate cu semiconductor. Un circuit integrat semiconductor este un microcircuit ale cărui elemente sunt realizate în stratul apropiat de suprafață al unui substrat semiconductor. Aceste circuite integrate formează baza microelectronicii moderne. Dimensiunile cristalului ale circuitelor integrate moderne cu semiconductori ajung la mm2 cu cât suprafața cristalului este mai mare, cu atât mai mult IC cu mai multe elemente poate fi plasat pe acesta. Cu aceeași suprafață de cristal, puteți crește numărul de elemente prin reducerea dimensiunilor acestora și a distanțelor dintre ele. Folosind un alt tip de dielectric de poartă, alte metale atunci când formează contacte cu siliciul și alte straturi izolatoare, este posibil să se obțină circuite mai complexe cu dimensiuni și mai mici ale elementelor. Lista surselor utilizate 1.Iezhovsky Yu.K. Fundamentele științei și tehnologiei materialelor cu film subțire a dispozitivelor integrate: Manual/ SPbGTI.- SPb., 2005.-127p. 2.Dispozitive integrate de electronice radio UMK, SZTU, Sankt Petersburg 2009 .