- •1. Общая характеристика микроэлектроники .
- •2. Основные направления развития микроэлектроники
- •3. Современная микроэлектроника и перспективы ее развития
- •1.Термическое вакуумноенапыление.
- •3) Метод
- •4) Метод
- •8.Изложите физические основы процесса диффузии
- •9. Опишите законы диффузии
- •Второй закон Фика
- •10. Опишите распределение примеси при диффузии из источника бесконечной мощности
- •11. Приведите пример распределения примеси при диффузии из источника ограниченной мощности
- •12. Перечислите физические основы метода ионного легирования
- •13. Поясните распределение концентрации примесей в ионно-легированных слоях
- •14. Приведите физические основы процессов эпитаксии
- •Механизм формирования слоев
- •Силановый метод
- •4. Методы удаления загрязнений.
- •2. Трудно воспроизводимы глубокие легированные области;
- •3. Сложное оборудование;
- •Силановый метод
- •22. Приведите примеры классификации полупроводниковых имс по конструктивно-технологическому исполнению
- •23. Поясните этапы формирования структуры имс по планарно-эпитаксиальной технологии
- •Транзисторы с барьером Шоттки
- •Имс на мдп структуре
- •26. Объясните сущность метода очистки поверхности полупроводниковых пластин и понятия «технологически чистая поверхность»
- •27. Приведите примеры методов получения тонких пленок в микроэлектронной технологии
- •28. Приведите примеры методов литографии с высоким разрешением
- •29 Билет
- •30 Билет
- •35 Билет
- •36. Поясните структуру имс по epic-технологии
- •37. Проанализируйте последовательность изготовления биполярных имс методом локальной эпитаксии
- •38. Проанализируйте требования, предъявляемые к контактным системам для интегральных микросхем
- •39. Сравните достоинства и недостатки однослойных и многослойных контактных систем
- •40. Поясните методы формирования омических контактов и контактных систем
- •41. Проанализируйте дефекты контактных систем и методы их контроля
- •42. Опишите конструктивно-технологические особенности мдп имс
- •43. Поясните особенности изготовления тонкооксидных р-канальных мдп имс.
- •44.Проанализируйте технологию изготовления структур мдп имс с фиксированными затворами.
- •45.Приведите пример изготовления мдп имс с металлическими затворами с помощью ионной имплантации.
- •46.Проанализируйте технологию изготовления структур кмдп имс.
- •47.Сравните методы улучшения качества мдп имс.
- •48.Приведите пример расчета однородности пленок при напылении.
- •49.Проанализируйте понятия наноэлектроника и нанотехнологии
- •50. Опишите особенности физических процессов в квантово-размерных структурах
- •51. Проанализируйте условия наблюдения квантовых размерных эффектов
- •52. Сравните квантовые нити и квантовые точки
- •53 Проанализируйте физические и технические основы работы растровых электронных микроскопов
- •54.Проанализируйте методы формирование квантовых точек
- •55 Проанализируйте принцип действия атомно-силового микроскопа
2. Трудно воспроизводимы глубокие легированные области;
3. Сложное оборудование;
4. Затруднена обработка пластинбольших диаметров из-за расфокусировки при больших отклонениях луча.
5. Сравнительно малая толщина легированного слоя, не превышающая 1 мкм.
6. Высокая стоимость оборудования для проведения ионной имплантации.
•21•Сравните хлоридный и гидридный (силановый) методы получения эпитаксиальных слоев кремния.
Существуют два основных способа получения эпитаксиальных слоев кремния методом газофазной эпитаксии:
водородноевосстановлениететрахлорида кремния(SiCl4), трихлорсилана(SiHCl3) или дихлорсилана(SiH2Cl2);
пиролитическое разложениемоносилана
Хлоридный метод.
При использовании в качестве источника тетрахлорида кремниясуммарная реакция может быть записана в виде: SiCl4+2H2(сухой)=Si+4HCl
Реакция обратимая, и при повышении температуры и/или концентрации хлорида начинает идти в обратную сторону. Трихлорсиланитетрахлорид кремнияпри комнатной температуре являютсяжидкими, адихлорсилан—газообразным.Тетрахлорид кремнияявляется менее опасным при хранении и транспортировке, поэтомутрихлорсиланобычно используют при наличии его собственного производства.
Скорость роста слоя — 0,1-2,0 мкм/мин в зависимости от источника кремния, температуры и давления. Она пропорциональна концентрации кремнийсодержащего компонента в парогазовой фазе. При данном методе, с повышением температуры возрастает скорость наращивания совершенного эпитаксиального слоя, так как при этом увеличиваются скорости миграции атомов полупроводника по пластине и они быстрее занимают соответствующие места в кристаллической решетке.
Ограничения метода: невозможно наращивать эпитаксиальную плёнку на сапфировых подложках, поскольку хлористый водород при этих условиях травит сапфир.
Недостаток метода: высокие температуры, приводящие к диффузии пластин. 1150°С-1200°С.
Силановый метод
SiH4=Si+2H2
В основу данного метода положен пиролиз SiH4 обеспечивает качественный рост эпитаксиальных слоев кремния на сапфире с оптимальными электрофизическими свойствами. Разложение происходит при t=1000°С-1050 °C, что, по сравнению с хлоридным методом, замедляет диффузию и уменьшает вредный эффект автолегирования. Благодаря этому, данным методом удаётся получать более резкие переходы между слоями. Следует отметить, что эпитаксиальные слои, выращенные силановым методом, более совершенны по структуре и свойствам.
22. Приведите примеры классификации полупроводниковых имс по конструктивно-технологическому исполнению
В конструктивном отношении полупроводниковая ИМС представляет собой полупроводниковый кристалл прямоугольной или квадратной формы, в объеме и на поверхности которого сосредоточены изолированные друг от друга элементы, соединенные согласно электрической схеме.
Обычно каждому элементу схемы соответствует локальная область полупроводникового материала, свойства и характеристики которой обеспечивают выполнение функций дискретных элементов (транзисторов, резисторов, конденсаторов и др.). Каждая локальная область, выполняющая функции конкретного элемента, требует изоляции от других элементов. Соединения между элементами согласно электрической схеме обычно выполняются с помощью напыленных на поверхность полупроводникового кристалла металлических проводников или высоко легированных полупроводниковых перемычек. Такой кристалл заключается в герметизированный корпус и имеет систему выводов для практического применения микросхемы. Таким образом, полупроводниковая ИМС представляет собой законченную конструкцию. Тип конструкции полупроводниковых ИМС определяется: полупроводниковым материалом; технологическими методами создания локальных областей и формирования в них элементов; методами изоляции элементов в кристалле; типом и структурой используемых транзисторов.
Большинство полупроводниковых ИМС изготовляют на основе монокристаллического кремния, хотя в отдельных случаях используют германий. Это объясняется тем, что кремний по сравнению с германием обладает рядом физических и технологических преимуществ, важных для создания элементов ИМС. Физические преимущества кремния по сравнению с германием проявляются в следующем:
кремний имеет большую ширину запрещенной зоны и меньшие обратные токи переходов, что уменьшает паразитные связи между элементами ИМС, позволяет создавать микросхемы, работоспособные при повышенных температурах (до +120°С), и микромощные схемы, работающие при малых уровнях рабочих токов (менее 1 мкА);
кремниевые транзисторы имеют более высокое пороговое напряжение, а следовательно, логические схемы на этих транзисторах характеризуются большой статической помехоустойчивостью;
кремний характеризуется меньшей диэлектрической проницаемостью, что обусловливает меньшие значения барьерных емкостей переходов при той же их площади и позволяет увеличить быстродействие ИМС.
Наиболее важное технологическое преимущество кремния по сравнению с другими полупроводниковыми материалами связано со свойствами слоев двуокиси кремния, которые обладают хорошей адгезией к кремнию и сравнительно легко могут быть получены на поверхности кремниевой пластины путем ее окисления при высокой температуре (1200 — 1300°С).
Слои двуокиси кремния играют значительную роль в технологии ИМС на основе кремния и используются:
в качестве маски при проведении процессов локальной диффузии примесей;
для защиты поверхности кристалла от влияния окружающей среды;
в качестве основания для металлической коммутации;
для диэлектрической изоляции элементов;
для изоляции затвора от канала в МДП-транзисторах с изолированным затвором;
в качестве диэлектрика пленочных конденсаторов.
Большими потенциальными возможностями с точки зрения физических особенностей работы микросхем обладают арсенид галлия и другие полупроводниковые соединения. В промышленных условиях кремний наиболее широко используется для изготовления полупроводниковых ИМС. Поэтому основным типом полупроводниковых ИМС являются кремниевые.
Основными технологическими процессами изготовления полупроводниковых ИМС называют те, с помощью которых создаются локальные области в полупроводниковом материале и формируются переходы структуры и элементы схемы. К ним относятся локальная диффузия легирующих примесей в кремний, ионное легирование и эпитаксиальное наращивание монокристаллических слоев кремния на кремниевую пластину, имеющую противоположный тип электропроводности. В связи с этим все полупроводниковые ИМС по технологическим признакам подразделяют на две группы: ИМС, изготовляемые с применением только процессов диффузии, и ИМС, при изготовлении которых сочетаются процессы эпитаксиального наращивания, диффузии и ионного внедрения примесей. Технологию изготовления микросхем первой группы называют планарно-диффузионной, а второй группы — планарно-эпитаксиальной.
Разновидностями этих технологий являются так называемые совмещенная и изопланарная технологии. При совмещенной технологии активные элементы ИМС изготовляют методами планарно-диффузионной или планарно-эпитаксиальной технологии в объеме полупроводникового материала, а пассивные — методами тонкопленочной технологии на поверхности кристалла.
Метод изоляции элементов также существенно влияет на конструкцию микросхемы. В полупроводниковых ИМС для изоляции элементов наиболее широко применяют следующие методы:
изоляцию обратно смещенными р-n-переходами;
полную диэлектрическую изоляцию;
комбинированную изоляцию (сочетание изоляции р-n-переходами и диэлектриком).
Основу конструкции полупроводниковых ИМС составляет транзисторная структура, которая является базовой для реализации всех входящих в схему активных и пассивных элементов.
В качестве базового элемента в полупроводниковых ИМС используют биполярные транзисторы, преимущественно с n-р-n+-типом электропроводности, изготовляемые по планарно-диффузионной или планарно-эпитаксиальной технологии, и униполярные транзисторы с МДП-структурой одного или двух типов электропроводности канала, изготовляемые по планарной технологии.
Особенностью структуры полупроводниковых ИМС является то, что все элементы изготовляются в едином технологическом процессе. Поэтому эпитаксиальные и диффузионные слои, образующие области различных элементов, имеют одинаковые параметры. Так, например, для создания резисторов используют обычно те слои, которые образуют эмиттер или базу биполярного транзистора, а для создания диодов и конденсаторов — те же переходы, что и в структуре транзистора. Поскольку транзисторная структура является наиболее сложной и определяющей в конструкции микросхемы, все предназначенные для реализации других элементов слои и переходы называются в соответствии с областями транзистора, независимо от того, в каком элементе они используются. Технологические методы и тип конструкции полупроводниковых ИМС обычно классифицируют по способам получения локальных областей и переходов транзисторной структуры и методам изоляции.
В зависимости от технологических методов и конструкции полупроводниковые ИМС подразделяют на (Это самое главное):
планарно-диффузионные с изоляцией элементов р-n-переходами;
планарно-диффузионные с резистивной изоляцией элементов;
планарно-эпитаксиальные с изоляцией элементов р-n-переходами;
планарно-эпитаксиальные с диэлектрической изоляцией элементов;
совмещенные;
изопланарные с комбинированной изоляцией;
металл — диэлектрик — полупроводниковые на транзисторах с одним типом электропроводности (МДП-ИМС);
металл — диэлектрик — полупроводниковые на транзисторах с взаимодополняющими типами электропроводности (КМДП-ИМС).
В планарно-диффузионных ИМС элементы представляют собой области с различным типом электропроводности, созданные локальной диффузией легирующих примесей внутри монокристаллической пластины кремния. Эти элементы изолированы друг от друга либо обратно смещенным p-n-переходом, либо с помощью высокоомной пластины. Структура полупроводниковой ИМС с изолирующими р-n-переходами показана на рис. 3.1, а. Изолированные области получаются путем диффузии примеси в пластину с целью создания р-n-перехода. Эти области (обычно n-типа) являются либо коллекторами транзисторов, либо изолированными областями для других, элементов. Структура такой ИМС создается методом тройной диффузии, т. е. путем последовательных трех процессов локальной диффузии, проводимых с одной стороны в однородно легированную высокоомную пластину кремния р-типа. Планарно-диффузионные ИМС с резистивной изоляцией отличаются тем, что в них элементы изолируются друг от друга с помощью высокоомного сопротивления материала самой пластины, включенного последовательно с элементами (рис. 3.1, б). Такая изоляция возможна при работе микросхемы на высоких частотах. Структура данного типа ИМС создается также методом тройной диффузии, однако используется пластина n-типа.
Планарно-эпитаксиальные ИМС аналогичны планарно-диффузионным. Однако их структуру создают методами эпитаксиального наращивания тонкого монокристаллического слоя кремния n-типа на относительно высокоомную пластину кремния р-типа и последовательной двойной локальной диффузии легирующих примесей в эпитаксиальный слой. Формирование локальных областей в полупроводниковом кристалле под элементы схемы определяется методом изоляции. Так, изоляция элементов p-n-переходами в планарно-эпитаксиальных ИМС достигается путем проведения односторонней селективной (разделительной) диффузии акцепторной примеси на всю толщину эпитаксиального слоя. При этом образуются локальные области эпитаксиального слоя с электропроводностью n-типа, окруженные со всех сторон изолирующими областями p-типа. Для формирования транзисторной структуры в этих областях используют только два последовательных процесса диффузии. Структура планарно-эпитаксиалъной ИМС с изолирующими р-n-переходами показана на рис. 3.2, а.
Планарно-эпитаксиальные ИМС с диэлектрической изоляцией отличаются тем, что в них элементы изолируются друг от друга с помощью диэлектрического материала, как показано на рис. 3.2, б. В данном случае в качестве диэлектрического материала наиболее часто применяют слои двуокиси кремния, нитрида кремния, карбида кремния, иногда стекло, керамику и другие диэлектрики. Подложкой при этом служит поликристаллический кремний, сапфир или керамика.
Использование воздуха в качестве диэлектрика позволяет создавать микросхемы новой конструкции — ИМС с балочными выводами (рис. 3.3), в которых транзисторные структуры создают по планарно-эпитаксиальной технологии, а путем последовательного электроосаждения силицида платины, титана, платины и золота создают выводы и межэлементные соединения повышенной прочности. Металлические слои подвергают травлению в целях создания изолированных балочных выводов, которые обеспечивают электрическую и механическую связи между элементами схемы. Изолирование элементов в схеме осуществляют травлением пластины на всю ее толщину. При этом конструкция микросхемы представляет собой изолированные островки с элементами, электрически и механически объединенными балочными выводами. Метод воздушной изоляции применяют также при создании ИМС на основе кремния на сапфире.
Совмещенные ИМС представляют собой конструкцию, в которой все активные элементы и по возможности часть пассивных создают по планарно-эпитаксиальной технологии с изоляцией p-n-переходами или диэлектриком, а все или часть пассивных элементов — по пленочной технологии путем нанесения резистивных, проводящих и диэлектрических пленок на поверхность микросхемы, покрытую слоем двуокси кремния (рис. 3.4). В такой конструкции используются преимущества полупроводниковой и пленочной технологий.
Первостепенной задачей при конструировании полупроводниковых ИМС является увеличение плотности размещения элементов на кристалле при одновременном уменьшении их геометрических размеров и улучшении электрических характеристик. При этом важным является уменьшение площади изолирующих областей, занимающей в планарно-эпитаксиальных ИМС с изоляцией p-n-переходами и диэлектриком до 40% всей площади кристалла. Эффективным для решения данной задачи является применение комбинированной изоляции. Структура полупроводниковой ИМС с комбинированной изоляцией, изготовленной по изопланарной технологии, показана на рис. 3.5. При этом боковые поверхности транзисторных структур изолируют диэлектриком (толстым слоем двуокиси кремния), а нижние поверхности — p-n-переходами. Формирование элементов осуществляют по обычной планарно-эпитаксиальной технологии с использованием тонких эпитаксиальных слоев n-типа. Комбинированная изоляция позволяет существенно уменьшить площадь транзистора, увеличить быстродействие и значительно снизить паразитные емкости.