3.5. Технологические особенности производства
БОЛЬШИХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ
Ранее было отмечено, что степень интеграции микросхем сдерживается несовершенством технологии и снижением эффективности производства из-за повышения брака. Кроме этого повышение сложности выполняемых функций ведет к потере универсальности в применении, а следовательно, к уменьшению объема выпуска, что также экономически невыгодно. Появляется необходимость разработки большого числа типов БИС, что также ведет к росту расходов на проектирование и изготовление.
Производство БИС на предприятиях, специализирующихся на выпуске ИС широкого применения, экономически невыгодно. Наиболее целесообразным является сосредоточение на одном предприятии изготовления СБИС и систем на их основе. При этом появляется возможность обеспечить специализацию, качество и надежность.
Многофункциональность и универсальность могут быть достигнуты прежде всего избыточностью элементов, с помощью которых можно менять функциональные свойства схем.
Различают два направления разработок и производства БИС:
1. Базируется на схемотехнических решениях и связано с разработкой микропроцессорных БИС. Микропроцессор представляет собой технологически завершенное устройство обработки информации. Функциональные возможности можно заменить сменой программы. Логическое проектирование заменяется программированием; цикл разработки сокращается, объем производства растет.
2. Основано на специальной организации производства и связано с выпуском базовых кристаллов. Базовый кристалл - технологически незавершенный, и в определенной степени, универсальный кристалл, в котором синтез БИС достигается проектированием и изготовлением соответствующих соединений.
Конструктивно базовый кристалл представляет собой совокупность регулярно расположенных топологических фрагментов, между которыми предусмотрены свободные зоны. Как правило, для доработки матриц требуется два уровня металлизации.
Совокупность идентичных базовых кристаллов образуют групповую кремниевую пластину, для обработки которой используют групповой фотошаблон.
При любом уровне технологии необходимы компромиссные решения между характеристиками БИС, сложностью технологического процесса и процентом выхода годных изделий.
При изготовлении БИС используют различные виды технологий: изопланарная, изолирующих пластин, поликристаллических пластин и т.д.
Отличие заключается в следующем: с ростом степени интеграции, кроме увеличения числа элементов, происходит рост числа их соединений и их пересечений. В связи с этим одноуровневые соединения, применяемые в ИС малой и средней интеграции, не достаточны.
Применяются многоуровневые системы межсоединений, причем необходимо обеспечить:
1. Качественный и надежный контакт между уровнями в контактных переходах;
2. Целостность металлических проводников на ступеньках изолирующего слоя;
3. Надежную изоляцию между уровнями межсоединений.
Чаще всего применяется многоуровневая металлизация на основе системы " металл-диэлектрик-металл" (МДП).
Технологический процесс изготовления многоуровневой металлизации включает следующие этапы (рис. 3.5):
1. Осаждение первого слоя металла и формирование рисунка межсоединений первого уровня с помощью фотолитографии;
2. Осаждение диэлектрического слоя и формирование контактных окон методом фотолитографии;
3. Осаждение второго слоя металла и формирование рисунка межсоединений второго уровня с помощью фотолитографии и т.д.
Рис. 3.5. Многоуровневая металлизация
В качестве диэлектрика используется SiO2, нитрит кремния, оксиды алюминия, титана и т.д.
Особое значение придается технологическим приемам нанесения слоя металла и диэлектрика, обеспечивающим равномерную толщину слоев.
Пример: осаждение путем ионного распыления диэлектрика; термическое вакуумное распыление в качестве металла межсоединений.
Технология БИС и СБИС непрерывно совершенствуется и обеспечивает создание СБИС с числом элементов на кристалле до 1 млн.
Отметим, что технология БИС и СБИС может успешно развиваться только в чистых и сверхчистых условиях, когда человек изолирован от технологического пространства. А поэтому учесть множество факторов, сложность расчетов при проектировании, требовании высокой точности соблюдения технологических режимов, выполнение контрольных операций с обратным воздействием на техпроцесс - это возможно только с созданием и применением автоматизированных систем проектирования и производства.