3 Технологические основы микроэлектроники

Структуры, электрические параметры микросхем и их элементов определяются технологией изготовления. В данной главе даются сведения о типовых технологических процессах и операциях, применяемых для создания полупроводниковых и гибридных микросхем. Совокупность технологических процессов и операций, проводимых в определенной последовательности, составляет технологический цикл изготовления микросхем.

3.1 Общие сведения о технологии изготовления полупроводниковых микросхем

Создание микросхем начинается с подготовки полупроводниковых пластин. Их получают разрезанием монокристаллических полупроводниковых слитков цилиндрической формы с последующими шлифовкой, полировкой и химическим травлением для удаления верхнего дефектного слоя и получения зеркальной поверхности с шероховатостью (высотой неровностей) 0,03 ... 0,05 мкм. Диаметр пластин не превышает 150 мм, толщина около 0,5 мм, допустимый прогиб и отклонение от параллельности поверхностей не более 10 мкм по всему диаметру. Пластины характеризуются типом (п или р) электрической проводимости (электропроводности), удельным сопротивлением, а также кристаллографической ориентацией поверхности.

Для последующих операций исключительно важна чистота поверхности. Поэтому перед началом, а также неоднократно в течение технологического цикла производят очистку, удаляя посторонние вещества с помощью промывки, растворения и т. п. Эффективна ультразвуковая очистка, когда пластины погружают в ванну с растворителем, перемешиваемым с помощью ультразвука.

Технологический цикл может быть разделен на два больших этапа - обработки пластин и сборочно-контрольный.

Первый этап включает процессы, формирующие на пластинах структуры микросхем, т. е. их элементы и соединения. Для реализации элементов в определенных местах пластины создают области с требуемыми типом электропроводности и удельным сопротивлением, вводя соответствующие примеси или наращивая слои на поверхность . Проводники соединений, а в совмещенных микросхемах резисторы и конденсаторы получают нанесением на поверхность пластин пленок. Геометрия легированных областей и тонкопленочных слоев задается масками, формируемыми с помощью литографии. В результате на пластинах образуется матрица одинаковых структур, каждая из которых соответствует одной микросхеме, т. е. на данном этапе микросхемы создаются групповыми методами.

Второй этап начинается с контроля функционирования микросхем на пластине. Электрические контакты с отдельными микросхемами осуществляются с помощью механических зондов — тонких игл, устанавливаемых на контактные площадки микросхем. Зондовый контроль производится на автоматизированных установках, дефектные микросхемы маркируются. Повышение степени интеграции и разработка СБИС ставят задачу проверки целостности связей и выявления всех дефектных элементов на пластинах. Для этой цели разработаны более сложные и эффективные методы контроля: электронно-лучевое зондирование, исследование поверхности пластин с помощью электронного микроскопа и др.. Для повышения процента выхода годных микросхем в некоторых СБИС предусматривают резервирование отдельных элементов или узлов . После выявления дефектных элементов или участков устраняют их связи со всей схемой, например, пережиганием проводников с помощью остросфокусированного лазерного луча.

После контроля пластины разрезают на кристаллы, соответствующие отдельным микросхемам, и дефектные кристаллы отбраковывают. Кристаллы устанавливают в корпус, соединяют контактные площадки кристаллов с выводами корпуса (монтаж выводов) и герметизируют корпус. Затем производят контроль и испытания готовых микросхем с помощью автоматизированных систем, работающих по заданной программе. Различают тестовый контроль (проверка функционирования) и параметрический, заключающийся в измерении электрических параметров и проверке их соответствия нормам технических условий.

Контрольно-сборочные операции производятся индивидуально для каждой микросхемы в отличие от групповых процессов создания микросхем на этапе обработки пластин. Поэтому они в значительной степени (30 ... 40 %) определяют трудоемкость изготовления, стоимость и надежность микросхем.