Розділ 1. Технологічні процеси виробництва інтегрованих

РОЗДІЛ 1. ТЕХНОЛОГІЧНІ ПРОЦЕСИ ВИРОБНИЦТВА ІНТЕГРОВАНИХ

МІКРОСХЕМ

 

Технологічні особливості виробництва інтегрованих мікросхем

 

Технологія виробництва інтегрованих мікросхем (ІМС) і мікрозбірок (МЗб) - сукупність технологічних операцій (ТО) або технологічних процесів (ТП) перетворення властивостей і форми, контрольно-вимірювальних операцій, а також випробувань, здійснюваних із вхідними матеріалами, напівфабрикатами або окремими електронними елементами для створення ІМС і МЗб як закінчених виробів, які мають задані електричні параметри за прийнятних економічних і соціальних показниках. ТП включає також спеціальне обладнання для виконання ТО.

Технологічний процес виробництва ІМС складається з визначеної кількості ТО і переходів, що виконують в заданій послідовності. При виконанні всіх ТО створюють готові вироби. У технологічному процесі виготовлення ІМС виділяють два цикли:

1) виготовлення кристалів, плат;

2) розділювання основ на кристали, плати; складання та монтаж ІМС.

Технологічні операції першого циклу, наприклад, для напівпровідникових ІМС, спрямовані на формування на кристалі необхідної кількості транзисторів, резисторів, конденсаторів та створення сполучень між ними, щоб реалізувати необхідну функцію в ІМС. Операції другого циклу спрямовані на створення закінченої конструкції ІМС, ГІС або МЗб.

Специфічною особливістю виготовлення ІМС є інтегрально-груповий метод виробництва, за якого на одній ТО виготовляють одночасно сотні мільярдів елементів. Так, наприклад, на пластині діаметром 300 мм розміщується біля 400 кристалів ІМС динамічних оперативних запам’ятовувальних пристроїв площею 160 мм² кожний, з яких має 64 мільйона транзисторів і 64 мільйона конденсаторів. Технологічно процеси виготовлення конденсаторів передують процесам виготовлення транзисторів. Тому на одному кристалі одночасно створюється 64 мільйона транзисторів або 64 мільйона конденсаторів. На одній пластині одночасно створюється біля 2,56.10¹⁰ елементів. Оскільки виробництво ІМС організовують партіями, в кожній з яких від 20 до 40 пластин, то загальне число одночасно створюваних транзисторів буде від 5,12.10¹¹ до 1,024.10¹². Цим досягають близькості параметрів транзисторів, підвищується відсоток виходу придатних елементів і знижується їх вартість і вартість інтегрованої мікросхеми. Групові методи об'єднують усі технологічні процеси й технологічні операції, які застосовують до напівпровідникових пластин або підложок у цілому, тобто при виготовленні кристалів, плат і в деяких випадках, при складанні.

Важливою особливістю технології виробництва ІМС є використання типових ТП. Типовий процес - сукупність ТП або ТО, які виконуються у визначеній послідовності на конкретному технологічному обладнанні для отримання груповим методом ІМС визначеної структури і конструкції. Використання типових процесів дозволяє створювати множину типів ІМС на одній конструктивно-технологічній базі, що забезпечує їм однаковий рівень якості й надійності.

Силіцій є основним напівпровідниковим матеріалом інтегрованої мікроелектроніки і на найближчі двадцять років він збереже своє панівне положення як матеріал інтегрованих мікросхем. Силіцій володіє перевагами, яких немає у інших напівпровідникових матеріалів, а саме, на поверхні силіцію може бути вирощена щільна однорідна плівка діоксиду силіцію, стійка у широких межах змінювання температур.

Діоксидну плівку використовують для підзаслінного діелектрика, селективної маски для локального проведення технологічних операцій, захисного шару для p – n -переходів і всього кристалу. Ці властивості силіцію підкреслюють його технологічність.

Елементи напівпровідникових ІМС (транзистори, резистори, конденсатори, провідники і ін.) створюють у монокристалічній пластині (кристалі) на базі однотипної транзисторної структури - біполярної чи МДН. Тому в основу класифікації технологічних процесів виготовлення напівпровідникових ІМС покладено тип транзистора і спосіб формування транзисторних структур у кристалі. Розрізняють: технологічні процеси виробництва біполярних мікросхем і технологічні процеси виробництва метал – діелектрик – напівпровідник (МДН) інтегрованих мікросхем.

Пасивні елементи гібридних мікросхем створюють на поверхні діелектричної основи або діелектричної плівки у вигляді багатошарових плівкових структур заданої форми із матеріалів з різними електрофізичними властивостями. Активні компоненти (транзистори, діоди, мікросхеми) приєднують до пасивних за допомогою складальних операцій. Як компоненти можуть також використовувати резистори, конденсатори, трансформатори, індуктивні елементи і ін. Для створення пасивних елементів мікросхем використовують як тонкі (до 2 мкм), так і товсті (від 20 до 40 мкм) плівки. Відповідно, технологічні процеси називають тонкоплівковими або товстоплівковими.

Формотворення всіх елементів інтегрованих мікросхем виконують з одного боку (поверхні) напівпровідникової пластини чи діелектричної основи, виводи від усіх областей створюваних елементів також розміщують на тій же поверхні пластин. Таким чином, усі елементи ІМС розміщують у плані на поверхні пластини. Досліджуючи поверхню мікросхеми можна виділити кожен елемент мікросхеми, всі області кожного елемента і контакти до областей, що і визначило назву технології " планарна " (рис.1.1.).

Усі елементи напівпровідникових ІМС (транзистори, діоди, резисторы, конденсатори й інш.) створюють у спільній напівпровідниковій основі, яка має певний рівень електропровідності. Для нормального функціонування кожного з елементів і мікросхеми в цілому, необхідно забезпечити добру ізоляцію між елементами, що виключала б або зводила до мінімуму паразитний взаємний вплив і взаємодію окремих елементів мікросхеми між собою. Тому елементи напівпровідникових ІМС створюють у ізольованих областях, що називають кишенями або кімнатами.

У технології напівпровідникових ІМС використовують декілька методів ізоляції кишень, найважливішими з який є: ізоляція обернено зміщеним p-n-переходом; ізоляція діелектричними областями; змішана ізоляція.

Оскільки елементи плівкових і гібридних мікросхем створюють на діелектричній основі або діелектричній плівці, то вони хорошо ізольовані один від іншого і немає необхідності застосовувати спеціальні ізолювальні елементи конструкції і технологічні операції.

 

Рекомендована література

1. Прищепа М. М. Мікроелектроніка. В 3 ч. Ч. 1. Елементи мікроелектроніки [Текст]: навч. посіб. / М. М. Прищепа, В. П. Погребняк./ Під ред. М. М. Прищепи. – К.: Вища шк., 2004. – 431 с.: іл.

2. Прищепа М. М. Мікроелектроніка. В 3 ч. Ч. 2. Елементи мікросхемотехніки [Текст]: навч. посіб. /М. М. Прищепа, В. П. Погребняк./ Під ред.. М. М. Прищепи. – К.: Вища шк., 2006. – 503 с.: іл.

3. Прищепа М. М. Мікроелектроніка. В 3 ч. Ч. 3. Основи мікротехнології [Текст]: навч. посіб. /М. М. Прищепа, В. П. Погребняк/ Під ред. М. М. Прищепи. – Х.: Нац. аерокосм. ун – т ім.. М. Є. Жуковського “Харк. Авіац. ін – т”, 2011. – 738 с.

4. Прищепа М. М. Мікроелектроніка. Елементи мікросхем. Збірник задач [Текст]: навч. посіб. / М. М. Прищепа, В. П. Погребняк/ Під ред. М. М. Прищепи. – К.: Вища шк., 2005. – 167 с.: іл.

5. Аваев Н. А. и др. Основы микроэлектроники: Учебное пособие для вузов / Н. А. Аваев, Ю. Е. Наумов, В. Т. Фролкин. – М.: Радио и связь, 1991. – 288 с.: ил.

6. Воженин И. Н. и др. Микроэлектронная аппаратура на бескорпусных интегральных микросхемах. / И. Н. Воженин, Г. А. Блинов, Л. А. Коледов и др. Под ред. И. Н. Воженина. – М.: Радио и связь, 1985. – 264 с., ил.

7. Мурога С. Системное проектирование сверхбольших интегральных схем: В 2 – х кн. Пер. с англ. – М.: Мир, 1985. – Кн. 1 – 288 с., ил., Кн. 2 – 290 с., ил.

8. Пономарев М. Ф., Коноплев Б. Г. Конструирование и расчет микросхем и микропроцессоров: Учеб. пособие для вузов. – М.: Радио и связь, 1986. – 176 с.: ил.

9. Соклоф С. Аналоговые интегральные схемы: Пер. с англ. – М.: Мир, 1988. – 583 с., ил.

10. Черняев В. Н. Технология производства интегральных микросхем и микропроцессоров: Учебник для вузов. – 2 – е изд., перераб. и доп. – М.: Радио и связь 1987. – 464 с.: ил.

 

 

ЗМІСТ

РОЗДІЛ 1. ТЕХНОЛОГІЧНІ ПРОЦЕСИ ВИРОБНИЦТВА ІНТЕГРОВАНИХ МІКРОСХЕМ 14

1.1. Технологічні особливості виробництва інтегрованих мікросхем.. 14

1.2. Технологічні процеси виробництва біполярних ІМС.. 17

1.2.1. Технологічні процеси виробництва біполярних мікросхем із ізоляцією елементів обернено зміщеними p - n – переходами. 18

1.2.2. Технологічні процеси виробництва біполярних мікросхем із ізоляцією елементів діелектриком.. 35

1.2.3. Технологічні процеси виробництва біполярних мікросхем із комбінованою ізоляцією елементів. 45

1.3. Технологічні процеси виробництва МДН ІМС.. 55

1.3.1. Технологічні процеси виробництва p -канальних мікросхем.. 59

1.3.2. Технологічні процеси виробництва n -канальних мікросхем.. 81

1.3.3. Технологічні процеси виробництва комплементарних МДН - мікросхем.. 115

1.4. Особливості конструкцій і технологій динамічних елементів пам’яті 140

1.5. Особливості конструкцій і технологій мікросхем на польових транзисторах з керувальним переходом метал - напівпровідник. 143

1.6. Сучасні технології мікроелектроніки і перспективи їх розвитку. 145

1.7. Технологічні процеси виробництва гібридних мікросхем і мікрозбірок. 167

1.8. Технологічні процеси виробництва комутаційних плат. 183

Рекомендована література. 188

 

РОЗДІЛ 1. ТЕХНОЛОГІЧНІ ПРОЦЕСИ ВИРОБНИЦТВА ІНТЕГРОВАНИХ

МІКРОСХЕМ