Архангельский М.В._2154_лаб

Министерство цифрового развития, Связи и Массовых Коммуникаций Российской Федерации Ордена Трудового Красного Знамени федеральноегосударственноебюджетное образовательное

учреждениевысшегообразования «Московский Технический Университет Связи и Информатики»

(МТУСИ)

Кафедра«Электроника»

Лабораторная работа №1:

«Изучение планарно-эпитаксиальной технологии»

попредмету: «Электроника»

Выполнил: студент гр. БСТ2154 Архангельский М.В.

Принял: к.т.н. Каравашкина В.Н.

Москва 2023

Цель работы:

Изучение основных технологических операций фотолитографии, а также технологии изготовления интегральных схем (ИС) на примере полупроводниковой ИС на основе биполярного транзистора.

Выполнение:

Основные технологические операции фотолитографии

Задача фотолитографии – создание маски на поверхности подложки. Типичный случай — фрагмент подложки с маской.

Здесь защитный слой маски – двуокись кремния SiO2 на поверхности кремниевой подложки. Окна маски делают доступной для обработки поверхность полупроводника в необходимых местах.

Упрощённо процесс фотолитографии:

Подготовленная к фотолитографии кристаллическая кремниевая подложка с идеально обработанной поверхностью.

Создание защитного слоя SiO2, например окислением кремния.

Окисление

Нанесение на защитный слой фоторезиста – светочувствительного вещества, которое под действием света полимеризуется и затвердевает.

Наложение на фоторезист фотошаблона – стеклянной фотопластинки, на которую сфотографировано с большим уменьшением необходимое чёрнобелое изображение.

Засветка. Свет проникает сквозь прозрачные участки фотошаблона и засвечивает под ними фоторезист. Освещение (эпитаксия)

Удаление фотошаблона.

Смывка незасвеченного фоторезиста растворителем, не действующим на засвеченный фоторезист.

Травление слоя SiO2 плавиковой кислотой (не действует на засвеченный фоторезист).

Смывка засвеченного фоторезиста.

Именно качеством фотолитографии определяется минимальный размер окон и, тем самым, размеры и количество транзисторов ИС.

Через окна в маске осуществляется диффузия примесей в полупроводник в необходимых местах. Для этого кремниевые пластины с будущими ИС помещают в так называемую диффузионную печь. В ней создается атмосфера, содержащая донорную или акцепторную примесь в газообразном состоянии при высокой температуре. Примесь проникает через окна в полупроводник и превращает его в полупроводник n- или p- типа. Концентрация примеси в полупроводнике тем больше, чем больше температура и время такой обработки. Недостатком операции диффузии является формирование слоёв с убывающей с глубиной концентрацией примеси, поскольку вероятность проникновения атомов примеси уменьшается с увеличением расстояния от поверхности. Однородные слои примесного полупроводника, в которых концентрация примеси одинакова по всей толщине примесного слоя, позволяет получить операция «эпитаксия». Эпитаксия использует способность кристаллов «расти», когда они захватывают, присоединяют к себе атомы такого же вещества из окружающей среды. Для этого кремниевую подложку помещают в атмосферу,

содержащую газообразный атомарный кремний. Атомы кремния оседают на поверхности подложки в строгом порядке, повторяющем кристаллическую структуру подложки. Если в атмосферу газообразного кремния добавлена газообразная донорная или акцепторная примесь, наращенный слой будет полупроводником n- или p- типа. При неизменности условий эпитаксии будет неизменной и концентрация примеси во всем эпитаксиальном слое. Толщина эпитаксиального слоя, как и в случае диффузии примесей, тем больше, чем больше температура и время обработки подложки.

Впервом случае примесь проникает через окна в полупроводник и превращает его в полупроводник n- или p- типа. Недостатком операции диффузии является формирование слоёв с убывающей с глубиной концентрацией примеси, поскольку вероятность проникновения атомов примеси уменьшается с увеличением расстояния от поверхности.

Вслучае эпитаксии используется способность кристаллов «расти», когда они захватывают, присоединяют к себе атомы такого же вещества из окружающей среды, и при неизменности условий эпитаксии будет неизменной и концентрация примеси во всем эпитаксиальном слое.

Фоторезист – светочувствительного вещества, которое под действием света полимеризуется и затвердевает.

Фотошаблон – стеклянная фотопластинка, на которую сфотографировано с большим уменьшением необходимое чёрно-белое изображение.

Травление слоя SiO2 плавиковой кислотой

При изготовлении ИС применяется также операция напыления самых различных веществ – металлов, диэлектриков, полупроводников. Для этого напыляемое вещество нагревается в вакууме до температуры испарения. Пары вещества, оседая на всех холодных поверхностях, например, на подложке, конденсируются, т.е. возвращаются в твёрдое состояние. Толщина напылённого слоя зависит, прежде всего, от длительности такой операции. В ИС это, как правило, металлические плёнки, образующие контакты металл-полупроводник и

проводники между элементами. Именно качеством фотолитографии определяется минимальный размер окон и, тем самым, размеры и количество транзисторов ИС.

Планарная технология стала возможной благодаря применению главной технологической операции – фотолитографии. Её задачей является создание так называемой маски на поверхности подложки. В типичном случае фрагмент подложки с маской имеет вид. Здесь защитный слой маски – двуокись кремния SiO2 на поверхности кремниевой подложки.

Полупроводниковая структура исследуемой ИС:

Допущено ошибок: 0. Потрачено времени: 01:48

Вывод:

В ходе выполнения лабораторной работы я изучил основные технологические операции фотолитографии. Получил представление о технологических операциях фотолитографии и процессе изготовления интегральных схем, а также приобрел понимание принципов работы биполярных транзисторов.