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.

Еще

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
Статья научная