- •Конспект по предмету
- •Раздел 1 Технологический процесс обработки изделий микроэлектроники
- •Устройство для выращивания монокристаллического слитка вытягиванием из расплава:
- •Формирование слоев с заданными свойствами
- •Процессы формирования рисунка методом литографии
- •Формирование рисунка маски из резиста:
- •Последовательность получения оксидной маски на пластине:
- •Последовательность операций при формировании рисунка поликремния:
- •Последовательность получения рисунка алюминиевой коммутации, контактов и затвора в моп-имс:
- •Сборка и монтаж имс
- •Типы и основные характеристики подложек
- •Конструктивно-технологические особенности биполярных имс
- •Структуры биполярной кремниевой имс (а) и интегрального транзистора (б) (все размеры указаны в микрометрах):
- •Структуры конденсаторов для биполярных имс:
- •Электрическая схема (а) и топология (б) логического элемента:
- •1, 5, 7, 8 — Входы; 2 —наиболее положительный потенциал; 3 — выход; 4 — земля
- •Влияние конструктивно-технологических факторов на электрические параметры имс
- •Основные этапы технологии биполярных имс
- •Технологический процесс формирования биполярных полупроводниковых структур
- •Шаблон, используемый для создания области скрытого слоя коллектора, (а) и набор фотошаблонов для фотолитографии (б):
- •Основные конструктивно-технологические варианты мпд-имс
- •Конструкция мдп-транзистора имс:
- •Структура моп-транзистора, используемая для расчета:
- •Влияние физико-технологических факторов на параметры моп-имс
- •Базовый технологический процесс получения моп-имс
- •Технология моп-имс с кремниевым затвором
- •Основные этапы изготовления моп-имс с кремниевыми затворами:
- •Раздел2 Устройство, принцип работы, наладка и регулировки узлов и механизмов специального технологического оборудования
- •Классификация оборудования.
- •Особенности техники безопасности в п/п производстве.
- •2.2 Оборудование для создания и контроля чистых сред. Наладка и регулировка
- •Пылезащитные камеры с вертикальным ламинарным потоком воздуха для выполнения операций без выделения продуктов химических реакций (а) и с выделением их (б):
- •Приборы для измерения параметров атмосферы производственных помещений
- •Гигрометры: а - волосяной, б - пленочный; 1 - груз, 2 -волос, 3 - стрелка, 4 - неравномерная шкала, 5 - пленочная мембрана
- •Анализатор запыленности:
- •Установки для очистки газов и воды
- •Приборы для измерения давления и расхода
- •Пружинный манометр: 1 - стрелка, 2 - триб, 3, 5 – спиральная и трубчатая пружины, 4 - сектор, 6 - поводок, 7 - держатель, 8 - штуцер
- •Термопарный манометрический преобразователь: 1, 2 - стеклянные трубки и баллон. 3 - платиновый подогреватель, 4 - хромель-копелевая термопара, .5 - цоколи 6 - штырьки
- •Ионизационный манометрический преобразователь:
- •Структурная схема ионизационно-термопарного вакуумметра вит-3:
- •2.3 «Оборудование для механической обработки полупроводниковых материалов»
- •Ориентация с помощью метода световых фигур.
- •Установка для световой ориентации монокристаллов:
- •Оптическая система установки световой ориентации монокристаллов:
- •Резка слитков на пластины.
- •«Алмаз 6м»
- •Станок резки слитков "Алмаз-6м":
- •Шпиндель станка "Алмаз-6м":
- •Барабан станка "Алмаз-6м":
- •Привод подачи слитка станка "Алмаз-6м":
- •Станция очистки и перекачки смазочно-охлаждающей жидкости станка "Алмаз-6м":
- •«Шлифовальное оборудование»
- •1 Рельефный слой, 2 трещенковый слой, 3 дислокационный слой, 4 напряженный слой
- •Планетарный механизм для двухстороннего шлифования пластин
- •Кинематическая схема станка двухстороннего шлифования
- •Принципиальная схема автомата снятия фасок
- •Принципиальная схема полуавтомата приклеивания пластин к блоку
- •2.4 Оборудование для химобработки
- •Автомат гидромеханической отмывки
- •Кинематическая схема агрегата (трека) автомата гидромеханической отмывки:
- •Пневмогидравлическая схема установки химической обработки: 1, 4 - ванны, 2 - подогреватель, 3 - насос-эжектор, 5 - поддон, 6 - рассеиватель, 7 - вентили, 8 - электропневматический клапан
- •2.5 Термическое оборудование
- •Схемы реакторов для газовой эпитаксии
- •Реактор установки унэс-2п-ка
- •Система газораспределения эпитаксиальной установки
- •Скруббер установки эпитаксиального наращивания унэс-101
- •Оборудование для диффузии и окисления
- •Камеры загрузки-выгрузки с ламинарным потоком воздуха термической диффузионной установки
- •Нагревательная камера термической диффузионной установки
- •Установка термической диффузии адс-6-100
- •Нагреватель диффузионной установки
- •Функциональная схема автоматической системы регулирования температуры термической диффузионной установки
- •Устройство загрузки-выгрузки подложек в реакционную трубу
- •Программатор время - команда
- •1.2. Основные технические данные.
- •1.3. Устройство пвк
- •1.4. Работа пвк
- •2. Меры безопасности
- •Время-параметр
- •1.2. Основные технические требования
- •1.3. Устройство
- •1.4. Работа
- •2.6 Оборудование для элионной обработки
- •Установки для нанесения тонких пленок в вакууме
- •Метод термического испарения
- •Метод распыления материалов ионной бомбардировкой
- •Испарители
- •Способы ионного распыления для осаждения тонких пленок
- •2.7 Оборудование для контактной фотопечати
- •Компоновочная схема эм-576
- •Блочная схема эм-576
- •Механизм выравнивания поверхности подложки и фотошаблона
- •2.8 Оборудование для проекционной фотопечати
- •Привод подъема стола.
- •Система совмещения.
- •Система автофокусировки.
- •2.9 Оборудование для нанесения и проявления фоторезиста
- •Устройство нанесения фоторезиста:
- •2.10 Сборочное оборудование
- •Установка резки алмазными кругами:
- •Узел крепления алмазного круга:
- •Установка монтажа кристаллов эм-438а
- •Кинематическая схема установки эм-438а
- •Автомат присоединения кристаллов эм-4085
- •Назначение микроскопа мт-2
- •Технические данные
- •Устройство и работа микроскопа
- •Устройство и работа составных частей микроскопа
- •Оборудование для разварки межсоединений эм-4020б
- •Последовательность монтажа проволочных перемычек
- •Механизм микросварки
- •Механизм микросварки
- •Координатный стол микросварочной установки проверка технического coctояhия
- •Возможные неисправности и методы их устранения
- •Оборудование для герметизации интегральных микросхем
- •Способы герметизации металлостеклянных и металлокерамических корпусов ис
- •Функциональная схема герметизации
- •Установка угп-50 для герметизации интегральных микросхем пластмассой
- •Раздел 3 Устройство, принцип работы наладка, регулировка специального технологического оборудования
- •Тема 1. Износ деталей машин.
- •Тема 2. Система планово-предупредительного ремонта (ппр).
- •Виды ппр.
- •Периодичность ремонта и нормы простоя оборудования при ремонте.
- •Организация ремонтного обслуживания цехах, участках и на предприятии.
- •Раздел 4 Ремонт специального технологического оборудования Основы технологии ремонта то
- •Алгоритм диагностики схемы синхронизации
- •Раздел 5 Контрольно-измерительное и испытательное оборудование
- •Контактирующее устройство зондовых установок эм-6010:
- •Устройство зондовой установки эм-6010
Структура моп-транзистора, используемая для расчета:
1 — область истока; 2 — контакт истока; 3 — слой диэлектрика; 4 — затвор с контактом; 5 —контакт стока; 6 — область стока; 7 — обедненная область; 8—инверсионный слой толщиной 10 нм; 9—подложка n-типа; х и у—компоненты вектора электрического поля; OL—длина канала; /c — ток канала
Влияние физико-технологических факторов на параметры моп-имс
Нетрудно видеть определяющие геометрические размеры элементов ИМС, a следовательно, и такие параметры качества ИМС, как время распространения сигнала τ, рассеиваемую мощность Р (произведение Рτ), плотность упаковки элементов на 1 см2 поверхности (Пs) и соответственно этому значение выхода годных изделий (Г). Этот показатель качества изделий и технологии служит лишь интегральной характеристикой всего ТП.
Геометрические размеры элементов и степень точности их изготовления в основном зависят от технического уровня оборудования и ТП литографии, диффузии, травления и других, определяющих минимальную ширину линии на изделии, значений вторичных эффектов (подтрав, боковую диффузию, «равнотолщинность» слоев и т. п.). Ясно, что все эти факторы будут влиять на отношение b/l, (ширина канала/длина канала) а следовательно, и на ток канала МОП-транзисторов ИМС.
Погрешности величин b и l при изготовлении проводящего канала характеризуют уровень данной стадии ТП, т. е. его точность и стабильность качества изготавливаемого полуфабриката. Подвижность μр носителей заряда — важный физический параметр, определяющий значение Iкр и зависящий от физических свойств исходной пластины, степени ее легирования и структурного совершенства.
Один из важных параметров МОП-интегрального транзистора — пороговое напряжение на затворе, служащее для создания сильной инверсии проводимости в кремнии, необходимой для образования канала.
Для конструктивно-технологического анализа процесса изготовления МДП-ИМС важно знать вклад каждой из составляющих величин в значение порогового напряжения UПОР.
Тот или иной путь снижения UПОР выбирает разработчик конкретного ТП исходя из того, что в данных условиях проще, дешевле, доступнее, эффективнее. Например, технология МОП-ИМС с кремниевым затвором позволяет резко снизить φМе-п, а технология с толстым диэлектриком — уменьшить емкость затвора с одновременным уменьшением паразитных емкостей под коммутацией.
В конкретном ТП в зависимости от технологических факторов' изготовления структур МОП-ИМС возможно получение различных значений параметров качества с различной степенью точности и стабильности.
Базовый технологический процесс получения моп-имс
Несмотря на большое число технологических методов изготовления МОП-ИМС базовой технологией остается процесс изготовления МОП-ИМС с каналом р- или n-типа. В этой технологии для формирования заданной структуры служат те же физико-химические процессы, что и в технологии биполярных ИМС.
Диаметр исходной пластины кремния в зависимости от технического уровня производства колеблется в пределах 60... 250 мм.
На этой поверхности формируется маскирующий слой оксида, толщина которого выбирается в зависимости от условий последующего диффузионного процесса по кривым. Обычно толщина оксида при диффузии бора для создания областей стока и истока составляет 0,1... 0,3 мкм. После выращивания слоя оксида проводится первая ФЛ, определяющая р-области стока и истока и фактически обусловливающая длину канала.
После промывки и сушки пластины, прошедшей фотолитографическую обработку и вытравливание окон под диффузию, производится диффузионное легирование кремния. Области р-типа формируются при 1000... 1100°С. В качестве источника бора, как правило, используется диборан (В2Н6) и реже — галогениды бора (ВС13 и ВВгз). В последнем случае применяется окислительная диффузия чтобы избежать травления (эрозии) поверхности кремния галогенидами бора.
Если при диффузии бора добавить в газовую смесь немного кислорода то на поверхности кремния образуется тонкий слои оксидов кремния и бора (Si02• B203), достаточный для предотвращения эрозии пластины, но не влияющий на процесс диффузии. Из этого тонкого стекловидного слоя осуществляется первая стадия точно регулируемой диффузии бора - загонка - для создания заданного профиля концентрации носителей заряда на заданной глубине. Вторая стадия - разгонка - обычно совмещается с выращиванием защитного слоя оксида над р-областями. Поскольку времена, необходимые для диффузии и окисления, как правило не совпадают, то требуемая для маскирования толщина оксида может быть получена дополнительным осаждением его из газовой фазы.
Если используется диффузия из твердого источника, например из боросиликатного стекла, то источник диффузанта наносится в виде пасты или суспензии на всю пластину и диффузия осуществляется через окна для стока и истока.
Диоксид наращивается до толщины 1 ... 2,5 мкм, как правило, осаждением его из газовой фазы с довольно высокой скоростью (2 5 мкм/ч) при сравнительно невысоких температурах (300 ... 700°С) которые зависят от используемых исходных материалов (SiH4, SiCl4, Si(C2H50)4). Осаждение осуществляется на установках типа эпитаксиальных или диффузионных. Полученный толстый (1... 2,5 мкм) слой диоксида кремния служит маской для последующей ФЛ и (или) пассивации поверхности пластины. Вторая ФЛ и травление оксида проводятся для создания об части затвора. Эта ФЛ требует тщательного совмещения с диффузионными областями стока и истока. Допуск на несовмещенность определяется рассчитанными значениями перекрытия затвором областей стока и истока и боковой диффузии из этих областей в последующих операциях, которая обычно составляет 0,4 … 0,5 мкм. Поскольку слой оксида, подлежащий удалению, имеет достаточно большую толщину, то травление необходимо проводить, избегая подтравливания, т. е. образования клина на краях слоя оксида после травления. Подтравливание отрицательно влияет на процессы формирования затвора заданных размеров.
После выполнения указанных операции пластина готова для создания диэлектрика (оксида) затвора. Диэлектриком затвора в базовом ТП служит слой термически выращенного диоксида кремния. Этап формирования слоя Si02 по тщательности проведения — самый ответственный этап технологии МОП-ИМС. От качества слоя диоксида зависят основные параметры МОП-интегральных транзисторов. Наличие в нем примесей и дефектов приводит к нестабильности таких параметров, как концентрация зарядов в объеме и на поверхности, пробивное напряжение, диэлектрическая проницаемость и др.
Степень дефектности структуры диэлектрического слоя определяется его толщиной и техническим уровнем технологии (прецизионностью предварительной обработки пластины, технологической гигиеной производства, методом формирования слоя и пр.). Зависимость плотности дефектов в диоксиде кремния, полученном термическим окислением, от его толщины показывает, что уже при толщине 0,05 мкм концентрация дефектов становится довольно низкой, что позволяет использовать в МОП-ИМС достаточно тонкие диэлектрические пленки. В производстве толщина оксидной пленки составляет 8•10-2 ... 22•10-3 мкм в зависимости от технического уровня технологии. Снижение толщин диэлектрика затвора заметно уменьшает пороговое напряжение МОП-ИМС.
Формирование оксида под затвором является последним высокотемпературным процессом при изготовлении МОП-структуры. Поэтому при его проведении устанавливается окончательная глубина диффузионных областей стока и истока.
Третья ФЛ проводится для вскрытия окон под контакты к областям стока и истока. После этой ФЛ вся пластина покрывается слоем металла (алюминием или молибденом) толщиной около 1 мкм методом термовакуумного испарения или ионно-плазменного напыления. Полученный металлический слой в местах соединения с кремнием образует контакты и служит основой для создания заданной коммутации МОП-ИМС. Так как на поверхности пластины до осаждения металла существовали области со значительным перепадом толщины оксида, то на соответствующих им неровностях слоя металлизации возможно появление разрывов. Во избежание этого вредного эффекта для напыления металла применяют установки с планетарным вращением подложкодержателей, обеспечивающим падение потока испаряемого металла под различными углами к пластине.
Четвертая ФЛ проводится для создания заданного рисунка коммутации изготавливаемого МОП-интегрального устройства. От точности, разрешающей способности и тщательности проведения этой ФЛ зависят плотность упаковки элементов в МОП-ИМС, наличие такого типа дефектов, как разрывы и короткие замыкания в элементах коммутации.
Поскольку шаблон коммутации содержит рисунок затвора, то этот рисунок должен обеспечивать заданное перекрытие тонкого оксида затвора или полное его отсутствие. Это позволяет исключить появление паразитных МОП-транзисторов, возникающих за счет непокрытых металлом участков оксида под затвором в проводящем состоянии после того, как снимается напряжение смещения.
Следующий процесс после создания коммутации — пассивация, защищающая металлический слой коммутации от внешних воздействий (коррозии, царапин и т. п.). Пассивация осуществляется нанесением оксидов при низких температурах (не выше 300°С), чтобы избежать плавления алюминиевой металлизации и протекания диффузионных процессов, которые могут изменить свойства уже сформированной структуры МОП-ИМС.
Пятая, последняя, ФЛ проводится для удаления пассивирующего слоя с контактных площадок.
Следует отметить, что n-канальные МОП-транзисторы, работающие в режиме обогащения, предпочтительнее, так как подвижность электронов в приповерхностных инверсионных слоях почти вдвое превышает подвижность дырок.
Очевидный недостаток базовой технологии МОП-ИМС с оксидным диэлектриком — значительное перекрытие электродом затвора областей истока и стока на участках с тонким оксидом, вызывающее существенное увеличение емкостей обратной связи затвор — сток и затвор — исток и снижение быстродействия схем. Такое перекрытие образуется при формировании области канала в процессе трех различных фотолитографических операций, что заставляет изготавливать фотошаблоны с учетом разбросов и ошибок совмещения и травления. Указанный недостаток практически полностью устраняют, применяя ионное легирование, а также кремниевые и молибденовые затворы.
Можно наметить следующие пути улучшения технологии МОП-ИМС и повышения качества МОП-приборов: снижение порогового напряжения; устранение или сведение к минимуму паразитных перекрытий затвор — сток и затвор — исток; уменьшение размеров диффузионных областей; уменьшение длины канала; использование для затворов диэлектриков с повышенной электрической прочностью и стабильностью.