Технология изготовления полупроводниковых интегральных микросхем
Автор: Аброскин А.С., Гурьянова М.В.
Журнал: Мировая наука @science-j
Рубрика: Естественные и технические науки
Статья в выпуске: 1 (46), 2021 года.
Бесплатный доступ
Интегральная (микро) схема (ИС, ИМС, МС) - микроэлектронное устройство - электронная схема произвольной сложности, изготовленная на полупроводниковом кристалле (или плёнке) и помещенная в неразборный корпус. Часто под интегральной схемой (ИС) понимают собственно кристалл или плёнку с электронной схемой, а под микросхемой (МС) - ИС, заключённую в корпус. ИМС -это изделие, выполняющее определенную функцию преобразования и обработки сигнала и имеющее высокую плотность упаковки электрических соединенных элементов, которые могут рассматриваться как единое целое, выполнены в едином технологическом процессе и заключены в герметизированный корпус.
Микросхема, имс, мс, полупроводниковый кристалл, корпус микросхемы, технология изготовления, микроэлектроника, приборостроение
Короткий адрес: https://sciup.org/140265839
IDR: 140265839
Текст научной статьи Технология изготовления полупроводниковых интегральных микросхем
1 .Технология изготовления полупроводниковых микросхем
Изготовление полупроводниковых ИМС осуществляют, используя два основных технологических процесса:
-
• диффузию примесей, создающих в полупроводнике область с типом проводимости, противоположным исходному(планарно-диффузионная технология)
-
• эпитаксиальное наращивание слоя кремния на кремниевую подложку, имеющую противоположный тип проводимости. (эпитаксиальнопланарная технология ) [5]
1.2. Сравнение двух технологий изготовления:
-
1. Исходным материалом для изготовления ИМС по планарнодиффузионной технологии является слабо легированная пластина кремния p -типа, на которую методом фотолитографии наносят защитный слой SiО2 . Через окна в защитном слое производится диффузия примеси p -типа, в результате чего образуются островки, границы которых упираются снизу в защитный слой, что резко снижает возможность протекания токов утечки по поверхности. Между островками и подложкой образуется р-п- переход, к которому подключают напряжение таким образом, чтобы этот переход был заперт (т.е. минусом на р -подложке). В результате островки становятся изолированными друг от друга.
-
2. Исходным материалом при эпитаксиально-планарной технологии служит пластина кремния n-типа со слоем SiO2 , в которой вытравливают продольные и поперечные канавки . Полученную фигурную поверхность (в виде шахматной доски) снова окисляют, создавая изоляционный слой
диоксида кремния. На этот слой эпитаксиально наращивают слой кремния собственной проводимости, а верхний слой кремния n-типа сошлифовывают. [5]
1.3.Виды литографии
Литография является способом получения изображения элементов микросхемы на кристалле полупроводника и делится на три вида: оптическая(фотолитография), рентгеновская и электронная. [3]
Сравним три вида:
-
• Фотолитография может производиться бесконтактным и контактным
способами. Бесконтактная фотолитография по сравнению с контактной дает более высокую степень интеграции более высокие требования к фотооборудованию.
Процесс получения рисунка микросхемы фотолитографическим способом сопровождается рядом контрольных операций, предусмотренных соответствующими картами технологического контроля.
-
• Рентгеновская литография позволяет получить более высокую
разрешающую способность (большую степень интеграции), так как длина волны рентгеновских лучей короче, чем световых, однако рентгено-литография требует более сложного технологического оборудования.
-
• Электронная литография (электронно-лучевое экспонирование)
выполняется в специальных вакуумных установках и позволяют получить высокое качество рисунка микросхемы. Этот вид литографии легко автоматизируется и имеет ряд преимуществ при получении больших интегральных микросхем с большим (более 105) числом элементов.[3]
1.4.Фотолитография
Основной процесс планарно-диффузной технологии -фотолитография. [6]Поэтому рассмотрим укрупненную схему этого процесса и разберём подробно каждый этап:
Разбирем подробнее этот процесс:
-
1. Подготовка поверхности-обработке парами органического растворителя
-
2. Нанесение фотослоя-используется раствор
-
3. светочувствительног о полимера в органическом растворителе (фоторезист 80-95 % по массе). Нанесение
-
4. Фотолитография Нанесение фотослоя в условиях отсутствия пыли в рабочих объёмах (боксах, скафандрах) 1 класса: в 1 литре воздуха не
-
5. Совмещение и экспонирование- точная ориентация фотошаблона относительно пластины, при которой элементы очередного топологического слоя (на фотошаблоне) занимают положение относительно элементов предыдущего слоя (в пластине), предписанное разработчиком топологии.
-
6. Проявление- обработке фотослоя органическим растворителем.
-
7. Травление- При травлении в жидких травителях используются водные растворы неорганических соединений (обычно кислот).
-
8. Удаление фотомаски [2]
для растворения жировых плёнок. Отмывка сверхчистой
(деионизированой) водой
может быть выполнено одним из двух способов: центрифугированием или распылением аэрозоля.
o При использовании центрифуги дозированное количество фоторезиста подаётся в центр пластины, прижатой вакуумом к вращающейся платформе (центрифуге). Жидкий фоторезист растекается от центра к периферии, а центробежные силы равномерно распределяют его по поверхности пластины, сбрасывая излишки в 43 специальный кожух. Недостатки: -трудность получения относительно толстых (в несколько микрометров) и равномерных плёнок ; -напряжённое состояние нанесённой плёнки; -наличие краевого утолщения ; -трудность организации одновременной обработки нескольких пластин o При распылении аэрозоли фоторезист подаётся из форсунки на пластины, лежащие на столе, совершающем возвратно-поступательное движение. Необходимая толщина формируется постепенно. Отдельные мельчайшие частицы растекаются и, сливаясь, образуют сплошной слой.
более четырёх частиц размером не более 0,5 мкм, сушка выполняется с помощью источников инфракрасного излучения.
Список литературы Технология изготовления полупроводниковых интегральных микросхем
- Горбачев Г. Н., Чаплыгин Е. Е. Промышленная электроника: Учебник для вузов/Под ред. В. А. Лабунцова. - М.: Энергоатом-издат, 1988, - 320 с.
- С.Д. Третьяков СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ Учебное пособие https://books.ifmo.ru/file/pdf/2055.pdf
- Учебники по радиотехнике - "Регулировщик радиоаппаратуры" (Городилин В. М.)
- Энциклопедия по машиностроению 21ого века https://mash-xxl.info/info/472893
- Миловзоров О.В. "Электроника" https://studme.org/1137012228243/tovarovedenie/elektronika
- "Техническая электроника" Собчук Н.С. Белорусская государственная академия связи https://studfile.net/preview/5240005
- Рыбинский государственный авиационный технический университет им. П. А. Соловьева https://studfile.net/preview/1966699