- •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
Формирование слоев с заданными свойствами
Окисление кремния — один из основных процессов, используемых при изготовлении ИМС. Диоксид кремния Si02 — очень стабильный материал, он почти повсеместно применяется в качестве маски при формировании рисунка ИМС. Выращивается Si02 в атмосфере кислорода или водяного пара по реакциям:
Si+02 Si02
Si+2H20 Si02+2H2.
Эти реакции протекают в кварцевой трубе при температуре 950 ... 1250 С.
Схема установки для окисления пластин:
1 — предохранительный клапан; 2 — камера реактора; 3 — охлаждающая рубашка; 4 —трехзонная печь; 5 —кварцевая труба; 6—инжектор; 7—отражатель инжектора; 8 — лодочка; 9 — пластина; 10 — нагревательный элемент; 11 — тепловая пробка; 12 — загрузочный люк; 13— торцевая крышка
Следует отметить большую длительность процесса окисления. Это связано с тем, что молекулам кислорода или воды, проникающим к поверхности кремния, препятствует появившийся и все увеличивающийся в результате реакции слой оксида. Поэтому для получения слоев заданной толщины требуется значительное время.
Высокие температуры процессов окисления вызывают перераспределение ионов примесей, что вредно влияет на качество структур ИМС. Для снижения температуры окисления увеличивают давление, повышение которого на 1,01 • 105 Па позволяет снизить температуру на 150 ... 250°С. Кроме того, высокое давление дает возможность сократить время окисления.
Эпитаксия — это процесс ориентированного выращивания монокристаллического материала на подложке с той же ориентацией кристалла. Для того чтобы осаждаемый монокристаллический слой на атомном уровне соединился с поверхностью пластины и фактически стал ее идентичным продолжением, необходимо, чтобы поверхность пластины обладала достаточным числом затравочных центров, способствующих зарождению монокристаллического кремния. Эти центры создаются предварительной обработкой поверхности пластины газообразным хлористым водородом НС1 и вытравливанием в ней слоя кремния толщиной от 0,2 до 1,0 мкм вместе с любыми дефектами кристалла, способными нарушить процесс эпитаксии.
Для осаждения кремния используются два основных метода: пиролиз силана
SiH4 Si+2H2
и восстановление водородом тетрахлорида кремния
SiCl4+2H2 Si+4HCl.
В процессе эпитаксии в газовую смесь вводят легирующие газы — диборан и фосфин, чтобы добиться желаемого уровня легирования. По окончании процесса пластины охлаждают и удаляют из реактора.
Процесс диффузии в классическом смысле состоит в однородном распределении частиц в каком-то фиксированном объеме пространства в соответствии с известными физическими законами. При изготовлении ИМС обычно применяют диффузию для создания требуемой концентрации носителей заряда (легирования) несколькими элементами. С целью получения заданных профилей концентраций и р—n переходов, составляющих основу полупроводниковых приборов, проводится серия процессов диффузии. Основными этапами являются: предварительное осаждение примеси и собственно диффузия.
Задача первого этапа — ввести определенное количество легирующего вещества в (на) поверхность полупроводника. Этот этап начинается с очистки пластин для удаления любых загрязнений, которые могут проникнуть в кристаллическую решетку кремния и в дальнейшем вызвать нежелательные электрические эффекты. После очистки пластины загружаются в кварцевую «лодочку» и помещаются в специальную печь для «загонки» примеси.
Легирующее вещество вводится в печь в твердой или газообразной форме. В первом случае оно наносится на пластину в виде соответствующего стеклянного слоя, содержащего фосфор или бор. В качестве газа-носителя служит азот. Наряду с азотом иногда применяется кислород с целью окисления легирующей примеси, увеличения однородности ее распределения и улучшения других функциональных характеристик. Области, предварительно защищенные диоксидом кремния (толщиной около 1 мкм), остаются нелегированными.
Широко используются легирующие примеси в газообразной форме, так как источниками газа легче управлять, чем источниками твердых примесей. Как и в первом случае, в качестве газа-носителя применяется азот. Однако при данном методе диффузии может возникнуть ряд проблем: токсичность газов, их химическая нестабильность, недостаточная концентрация для получения желаемых уровней легирования и т. п. Независимо от вида легирующей примеси законы диффузии ее в кристалле будут одинаковы.
Скорость диффузии существенно зависит от температуры. Повышение температуры увеличивает скорость движения атомов легирующей примеси, что способствует их более быстрому проникновению через поверхность пластины. Поскольку примеси имеют различные скорости диффузии, являющиеся функциями температуры, то эти соотношения (или коэффициенты диффузии) заранее табулированы для каждой легирующей примеси.
Концентрация примеси зависит от температуры и длительности «загонки». При малой длительности процесса концентрация примеси на поверхности может быть достаточной, однако она быстро падает по глубине пластины. Увеличение времени «загонки» повышает концентрацию примесей под поверхностью, а концентрационный профиль делает более пологим. По мере того как легирующая примесь проходит через поверхность пластины, может наступить насыщение. Точка насыщения кристаллической решетки пластины легирующей примесью (точка максимальной концентрации) называется границей твердого раствора. Значения концентрации твердого раствора, выражаемые числом атомов в кубическом сантиметре (ат/см3), для широко распространенных примесей (бора, фосфора, мышьяка, галлия, алюминия, золота и сурьмы) откладываются на графике в зависимости от температуры (в диапазоне 700... 1400°С). Эти данные служат для контроля уровня легирования пластины.
После «загонки» проводится этап «разгонки», при котором легирующие примеси разгоняются на заданную глубину залегания р—n-перехода. При этом используют такую комбинацию температуры и времени, при которой обеспечивается заданный профиль легирующих примесей. Процесс осуществляется в диффузионной печи в окислительной атмосфере кислорода без добавки дополнительного количества легирующих примесей.
После проведения операции диффузии измеряются глубина залегания р—- n -переходов и поверхностное сопротивление пластин. Поскольку при изготовлении ИМС диффузия применяется многократно, а глубина залегания примесей увеличивается с каждой стадией диффузии, то требуется тщательный анализ влияния этих многократных стадий. Одним из методов уменьшения глубины залегания при каждой новой стадии «разгонки» является проведение в первую очередь наиболее высокотемпературной диффузии. При этом сначала используются примеси с самым высоким показателем растворимости и малым коэффициентом диффузии (например, мышьяк), а затем менее растворимые примеси с большим значением коэффициента диффузии (например, фосфор).
Ионная имплантация применяется для внедрения ионов легирующих примесей в слои полупроводника на различные заданные глубины. Главное достоинство этого метода заключается в достижении высокой точности глубины проникновения легирующей примеси благодаря хорошей управляемости процесса. С помощью ионного легирования удается добиться высокой однородности распределения примесей (неоднородность по пластине не превышает 1%) при высокой воспроизводимости результатов (разброс от пластины к пластине и от партии к партии менее 2%).
В качестве маски для пучка ионов используются толстые слои диоксида кремния или фоторезиста. Число (доза) легирующих ионов, достигающих пластины, подсчитывается при прохождении их через детектор, что позволяет осуществлять точный контроль за концентрацией легирующих примесей.
Глубина внедрения определяется полной энергией ионов, которая регулируется ускоряющим напряжением. Управление энергией ионов легирующей примеси дает возможность точно управлять глубиной р— n -перехода, что недостижимо с помощью обычных методов термической диффузии.
Ионы высоких энергий, попадая внутрь совершенной кристаллической решетки пластины, выбивают атомы из ее узлов и переводят часть верхнего слоя монокристалла толщиной 0,1 мкм в аморфное состояние, что резко изменяет его электрические свойства и делает непригодным для изготовления ИМС. Устранение повреждений кристаллической решетки и активация ионов легирующих примесей достигаются отжигом пластин. Отжиг проводится при температурах 1000... 1200 К. Эта операция помогает атомам кремния снова сгруппироваться в кристаллическую решетку. Структура отожженного кристалла становится близкой к первоначальной.
До недавнего времени отжиг пластин осуществлялся в печи. При этом пластины загрязнялись различными посторонними примесями, подвергались короблению, возникала нежелательная диффузия в боковом направлении и т. п. Поэтому в последние годы отжиг в печи стал заменяться импульсным лазерным отжигом.
При лазерном отжиге практически не происходит коробления пластины, так как он производится только в тех областях, которые подвергались ионному легированию. В установках лазерного отжига используются аргоновые лазеры с длиной волны 488 нм, которые нагревают поверхность пластины до температуры 1400... ... 1500 К (ниже температуры плавления кремния). Этот процесс (эпитаксия в твердой фазе) позволяет получить более совершенную решетку кристалла, т. е. более высокого качества, чем при отжиге в печи. При лазерном отжиге применяется также эпитаксия в жидкой фазе: ИК лазеры нагревают поверхность пластины до температуры 1700 ... 1720 К; при этом происходит повторный рост монокристалла кремния от нижерасположенной границы раздела фаз к поверхности примерно так же, как при выращивании монокристалла из расплава.
Главное достоинство этого метода состоит в том, что ионы примесей как бы «вмораживаются» в узлы кристаллической решетки, что бывает трудно обеспечить при отжиге в печи.
Металлизация — процесс создания омических контактов и межсоединений в ИМС алюминиевыми пленочными дорожками. С целью повышения плотности размещения межсоединений в ИМС формируют не только один, но два, три и более слоев алюминиевой металлизации. Алюминий практически не имеет конкурентов среди металлов для создания межсоединений, поскольку отвечает следующим функциональным требованиям, предъявляемым к металлизации: возможность получения многослойной металлизации; коррозионная стойкость; свариваемость; устойчивость к электромиграции; качественное травление (малое подтравливание); высокая адгезия к оксидам и кремнию; хорошее покрытие ступенек рельефа на поверхности пластины; высокая проводимость; стабильный омический контакт с кремнием; относительная простота создания рисунка. При использовании многослойной металлизации наиболее важным параметром становится степень покрытия ступенек рельефа.
Кроме чистого алюминия, для создания межсоединений в ИМС применяются различные алюминиевые сплавы с целью улучшения качества и надежности ИМС. Слои алюминиевой металлизации напыляются в вакууме термическим испарением, ионным распылением или химическим осаждением.
Термическое испарение основано на испарении материалов при нагревании в вакууме и конденсации их паров на холодных пластинах (подложках) в виде тонких пленок. Этот метод обладает рядом преимуществ: не вызывает радиационных повреждений ИМС; отличается простотой оборудования и процесса, высокой производительностью.
Ионное распыление производится путем ионизации инертного газа в электрическом поле (т. е. создание газовой плазмы). Возникшие ионы направляются на источник или мишень, где, отдавая свою энергию, физически распыляют материал мишени (алюминий или другой металл). Этот метод является универсальным, поскольку с его помощью могут распыляться любые материалы. Для создания разряда применяются источники ВЧ и постоянного напряжения. Типичная толщина напыляемого слоя составляет 1 мкм.
Большое внимание в последние годы уделяется внедрению магнетронного распыления материалов, так как этим методом можно добиться высокой скорости напыления металлов, но, однако, меньшей, чем при термическом испарении.