CC BY
66
SCIENCE TIME
ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ И ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ
Бритиков Филипп Олегович, Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, г.Минск
E-mail: [email protected]
Аннотация. Данная статья посвящена рассмотрению технологии производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. Приводятся примеры процессов обработки. Рассмотрена последовательность операций по изготовлению полупроводниковых пластин и интегральных микросхем.
Ключевые слова: технология производства, полупроводниковые приборы (ПП), интегральные микросхемы (ИМС), технологический маршрут.
Технология полупроводникового производства базируется в настоящее время на таких сложных прецизионных процессах обработки, как фото- и электронолитография, оксидирование, ионно-плазменное распыление, ионная имплантация, диффузия, термокомпрессия и др. К материалам, используемым в производстве приборов и микросхем, предъявляют высокие требования по чистоте и совершенству структуры. Для осуществления большинства технологических операций используют уникальное по характеристикам оборудование: оптико-механическое, термическое, ионно-лучевое. Процессы осуществляются в специальных обеспыленных помещениях с заданными влажностью и температурой.
Технологический маршрут — это последовательность технологических операций обработки полупроводниковых пластин, применяемых для изготовления данного типа полупроводников (ПП) или интегральных микросхем (ИМС). Документом, содержащим описание маршрута, - является маршрутная карта. Она позволяет судить о перемещении изготовляемого прибора по всем операциям, указывает оборудование, материалы, трудовые нормативы и средства контроля. Проведение каждой технологической операции регламентируется операционной картой, содержащей описание операции с указанием
■
1 SCIENCE TIME 1
технологических режимов изготовления структуры или прибора и технологической оснастки. Технологические процессы изготовления различных ПП и ИМС многообразны. Можно выделить ряд общих технологических операций и примерно одинаковую их последовательность. Типовым маршрутом изготовления пленарного ПП или ИМС определяется последовательность из ряда основных операций.
1. Подготовка пластин. Исходные полупроводниковые пластины— эпитаксиальные структуры, например, я- я+ -типа, или монокристаллические подложки с электропроводностью п- или р-типа, полученные в качестве полуфабриката с завода-изготовителя, подвергают очистке, промывке, травлению с целью удаления с поверхности пластин загрязнений и частиц пыли. Слой с электропроводностью я-типа в эпитаксиальной я-я+-структуре составит в будущих транзисторах коллекторную область.
2. Создание топологического рисунка. Чтобы в эпитаксиальной структуре сформировать области с электропроводностью р-типа, необходимо обеспечить проведение локальной диффузии через окна — отверстия в защитной маске. Размеры этих окон задают с помощью процесса фотолитографии. Маской, препятствующей диффузии, служит пленка диоксида кремния. Выращивание ее является необходимой стадией планарного процесса. Пленка диоксида 7 кремния Si02 толщиной 0,3—1,0 мкм надежно предохраняет структуру от воздействия многих внешних факторов и диффузии примесей. На пленку наносят слой фоторезиста — фотоэмульсии, экспонируют его ультрафиолетовым светом через фотошаблон, содержащий множество идентичных изображений баз транзисторов с заданной конфигурацией и размерами. Засвеченные участки фоторезиста проявляются и обнажившуюся пленку Si02 удаляют.
3. Получение р-п-перехода база— коллектор. Для прецизионной дозировки количества вводимой в кристалл примеси — атомов бора при создании области р -базы — используют процесс ионной имплантации, заключающийся во внедрении ускоренных ионов в поверхность кристалла. Слой фоторезиста служит защитной маской, так как ионы, внедренные в фоторезист, не достигают поверхности диоксида. Чтобы сформировать базовую область и р-п-переход коллектор — база на требуемой глубине, используют последующую диффузионную разгонку внедренных атомов бора. Ее проводят в окислительной среде при высоких температурах. В результате формируется область базы с глубиной 2—3 мкм и на поверхности базовой области наращивается пленка Si02 толщиной 0,3—0,5 мкм.
4. Получение p-n-nepexoda эмиттер — база. Вначале формируют топологический рисунок эмиттерных областей, используя процесс фотолитографии по пленке Si02 над базовой областью. Одновременно вскрывают окна, задающие конфигурацию коллекторных 8 контактов.
1 SCIENCE TIME 1
Фоторезист удаляют и ведут диффузию фосфора с высокой концентрацией на малую глубину (до 1—1,5 мкм).
5. Контактная металлизация. Для присоединения к областям эмиттера, базы и коллектора электрических выводов необходимо металлизировать поверхности контактов. Предварительно проводят фотолитографическую обработку структуры для удаления пленки диоксида с нужных участков. Затем с помощью термического испарения в вакууме на всю поверхность пластины напыляют слой металла (например, алюминия) толщиной около 1 мкм, по которому проводят еще один процесс фотолитографии для удаления лишнего металла между областями контактов. Структура с контактной металлизацией показана на рис. 1.1, д. При изготовлении ИМС аналогичным образом создают тонкопленочные пассивные элементы— резисторы, конденсаторы, а также осуществляют коммутацию транзисторов.
6. Сборка и герметизация. Пластина содержит от нескольких сотен до десятков тысяч отдельных транзисторов. Ее разрезают на отдельные структуры, называемые на данном этапе кристаллами. Кристалл напаивают на кристаллодержатель, осуществляют разводку — подсоединение электрических выводов к контактам базы, эмиттера и коллектора — и герметизируют, помещая в металлический корпус или заливая пластмассой.
7. Испытания приборов. Для оценки параметров и надежности приборов до их поступления в отдел технического контроля производят электрические, климатические и механические испытания. Они важны для правильной информации о качестве и надежности приборов. Помимо этого каждая технологическая операция сопровождается контролем качества обработки, например измерением глубины диффузии, толщины эпитаксиального слоя, удельного или поверхностного сопротивления. После того как в структуре созданы ?-?-переходы, производят контроль электрических параметров— напряжения пробоя, тока утечки, емкости. В технологическом маршруте предусмотрены специальные контрольные карты.
Рассмотренная последовательность операций характерна для изготовления планарно-эпитаксцального транзистора. В основе классификации приборов лежит технологической метод создания активных областей структуры. По этому признаку различают сплавные, диффузионные, эпитаксиальные, имплантационные дискретные ПП, а также их модификации, например сплавно-диффузионные и др. Большинство современных приборов изготовляют на эпитаксиальных структурах. Активные области формируют с помощью ионной имплантации и диффузии. МОП-транзисторы изготовляют на монокристаллических подложках без эпитаксиального слоя методами планарной технологии. Непланарные диффузионные и эпитаксиальные переходы используют при изготовлении силовых диодов и транзисторов.
1 SCIENCE TIME 1
Литература:
1. Конструкторско-технологическое проектирование электронной аппаратуры: Учебник для вузов. - М.: Изд. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. - 528 с.
2. Тупик В.А. Технология и организация производства радиоэлектронной аппаратуры. - СПб: Издательство: СПбГЭТУ "ЛЭТИ" - 2004.
