1. Принципы технологии
На вход технологии поступают пластины, называемыми подложками. Состав материала подложек, кристаллическая структура (вплоть до межатомных расстояний в подложках для современных процессоров) и кристаллографическая ориентация строго контролируются. В ходе технологического процесса в приповерхностном слое полупроводникового материала, являющегося подложкой или нанесённого на подложку, создают области с различным типом или величиной проводимости, определяемой в конечном счёте различной концентрацией донорных и акцепторных примесей, а также материалом слоя. Поверх слоя полупроводникового материала, с использованием в нужных местах прослоек диэлектрического материала, наносятся слои проводящего материала, образующего контактные площадки и необходимые соединения между областями. Области и слои проводника, полупроводника и диэлектрика в совокупности образуют структуру полупроводникового прибора или интегральной микросхемы.
Особенность планарной технологии состоит в том, чтобы после завершения каждой технологической операции восстанавливается плоская (планарная) форма поверхности пластины, что позволяет создавать достаточно сложную структуру, используя конечный набор технологических операций.
Планарная технология обеспечивает возможность одновременного изготовления в едином технологическом процессе огромного числа дискретных полупроводниковых приборов или интегральных микросхем на одной подложке, что позволяет существенно снизить их стоимость. Также в случае изготовления на одной пластине идентичных приборов параметры всех приборов оказываются близкими. Ограничителем является только площадь подложки, поэтому диаметр подложек по мере развития технологий производства подложек стремятся увеличивать.
Для контроля качества выполнения промежуточных операций на подложке, как правило, выделяют несколько малых областей (обычно в центре и на периферии), на которых в ходе штатного технологического процесса формируются тестовые проводящие дорожки и элементарные приборы (конденсаторы, диоды, транзисторы и т. п.).
В этих же областях формируют контактные площадки относительно большой площади для тестирования годности пластин перед скрабированием (разделением на отдельные приборы).
Цифровые приборы реферат по технологии
... в носимых приборах, которые питаются от аккумуляторов. Иногда при утере одного элемента цифровой информации возможно полное изменение смысла сообщения. Сферы применения цифровых технологий Невероятно большие ... то информацию возможно восстановить без потерь. Недостатки цифровых систем: Иногда цифровые системы потребляют больше электроэнергии по сравнению с аналоговыми при решении одинаковых задач. ...
Для совмещения изображений при фотолитографии также в специально выделенной области формируются знаки совмещения, подобные тем, какие можно встретить на многоцветной .
2. Основные технологические операции
2.1. Литография
Основные технологические операции, используемые в планарной технологии, основаны на процессе литографии (фотолитографии).
Применяются следующие методы:
оптическая фотолитография (стандартная), ?=310-450нм; ультрафиолетовая фотолитография на эксимерных лазерах, ?=248, ?=193 нм фотолитография в глубоком ультрафиолете, ?=100-10нм; рентгеновская фотолитография, ?=0.1-10нм электронная литография ионная литография
Приёмы применяемой фотолитографии могут быть сканирующими и проекционными; контактными, бесконтактными, и на микрозазоре. Также может быть ограниченно применён метод радиационно-стимулированной .
2.2. Цепочка операций
Технологическая цепочка состоит из серии циклов (до нескольких десятков), включающих в себя следующие основные операции (в порядке следования):
- подготовка подложки: применяется механическая и химическая полировка для получения плоской поверхности без механических дефектов (выполняется 1 раз, при поступлении подложки в техпроцесс);
- формирование на поверхности подложки слоя необходимого материала с заданной структурой: эпитаксиальное наращивание, осаждение диэлектрических или металлических плёнок (операция выполняется не в каждом цикле); создание на поверхности подложки защитного слоя: в случае кремниевых подложек для этого используется окисление поверхности, для удешевления процесса, а также в случае других подложек, часто используется эпитаксиальное наращивание слоя диоксида или нитрида кремния, либо другого материала с низким коэффициентом диффузии легирующих примесей.
Толщина слоя подбирается так, чтобы за время, необходимое для создания легированной области необходимой конфигурации в подложке, легирующий элемент не достиг подложки сквозь защитный слой; нанесение слоя фоторезиста, обладающего устойчивостью к используемым травителям; совмещение изображений по знакам совмещения и экспонирование рисунка окон на слой фоторезиста (выполняется на степперах); стравливание исключительно засвеченных (либо незасвеченных — зависит от типа фоторезиста) участков слоя фоторезиста; стравливание защитного слоя с подложки на участках, не закрытых фоторезистом; удаление остатков слоя фоторезиста; возможная операция: внедрение легирующих примесей нередко проводят в двухстадийном процессе, разделяя фазы загонки примеси в приповерхностную область и разгонки загнанной примеси по требуемому объёму (отжига); загонка производится путём локальной (с поверхности или из газовой фазы) диффузии или ионной имплантации легирующих примесей через окна в защитном слое в поверхность подложки; режимы диффузии (имплантации) подбираются так, чтобы за время этой и всех последующих технологических операций размер легированной области достиг требуемых размеров по площади и глубине, а нарушенная радиацией при ионном легировании кристаллическая решётка восстановилась; возможная операция: плазменное или химическое травление поверхности подложки для удаления излишков слоя ранее осаждённого материала. плазменное или химическое травление поверхности подложки для удаления защитного слоя (выполняется не в каждом цикле).
Подготовка поверхности и нанесение лакокрасочных материалов
... от взаимодействия лакокрасочного материала с подложкой. Непременное условие формирования покрытия – смачивание поверхности подложки жидким лакокрасочным материалом. Типичные загрязнения металлов – это прокатная окалина и ... соответствующую уровню подготовки. После очистки следует как можно быстрее нанести слой межоперационной грунтовки. Во время выпадения осадков не следует производить очистку ...
планаризация[1] (сглаживание неровностей) поверхности перед переходом к новому циклу, например при помощи процесса CMP.
Основные циклы, выполняемые при создании полупроводниковых приборов, следующие:
формирование областей р-типа (локальное внедрение примесей) формирование областей n-типа (локальное внедрение примесей) формирование проводящих дорожек и контактных площадок (удаление излишков слоя металла)
Схемы чередования операций и циклов бывают достаточно сложны, а их количество может измеряться десятками. Так, например, при создании микросхем на биполярных транзисторах с изоляцией, с комбинированной изоляцией(изопланар-1,2; полипланар) и в других схемах, где необходимо или желательно обеспечить снижение сопротивления коллектора и повышение быстродействия,) сначала выполняется оксидирование, фотолитография и диффузия под захоронёный n+ слой, затем наращивается эпитаксиальный слой полупроводника («захоранивание») и уже в эпитаксиальном слое создаются конкретные элементы микросхемы. После этого поверхность пластины снова изолируют, выполняют контактные окна, и наносят проводящие дорожки и контактные площадки. В сложных микросхемах контактные дорожки могут выполняться в несколько уровней с нанесением между уровнями диэлектрических прослоек, опять же с вытравленными окнами.
Порядок циклов в первую очередь определяется зависимостями коэффициентов диффузии примесей от температуры. Стараются сначала производить загонку и разгонку примесей менее подвижных, и для сокращения времени процесса использовать более высокие температуры. Затем при меньших температурах загоняют и разгоняют более подвижные примеси. Это связано с быстрым (экспоненциальным) падением коэффициента диффузии при понижении температуры. К примеру, в кремнии сначала при температуре до ~950 °C создают области р-типа легированные бором и только потом при температуре менее ~750 °C создают области n-типа, легированные фосфором. В случае других легирующих элементов и/или других матриц номиналы температур и порядок создания легированных областей может быть разным, но всегда при этом стараются придерживаться правила «понижения градуса». Создание дорожек всегда выполняется в завершающих циклах.
Помимо дифузионного легирования и разгонки могут применяться методы радиационной трансмутации кремния в и фосфор. При этом проникающая радиация помимо запуска реакций трансмутаций заметно повреждает кристаллическую решётку подложки. Легирование пластины идёт по всей площади и по всему объёму материала, распределение образующихся примесей определяется интенсивностью проникающего в толщу вещества излучения и поэтому подчиняется закону Бугера-Ламберта:
N=N0*e-ax, где
N — концентрация примеси;
Жидкие кристаллы; их свойства и применение
... множество применений - от хроматографии до телевидения; построены заводы, выпускающие изделия, в которых работают жидкие кристаллы. За эти годы создана физика жидких кристаллов, ... новых жидких кристаллов, в том числе много практически важных, создана промышленность, производящая жидкие кристаллы. Жидким кристаллам найдено ...
- N0 — концентрация примеси на поверхности;
- a — коэффициент поглощения излучения;
- x — расстояние от облучаемой поверхности;
— Для легирования обычно использовали слитки кремния не разрезанные на пластины. В этом случае профиль распределения примеси по диаметру пластины описывается транспозицией экспонент с максимумом на периферии пластины и минимумов в центре пластины. Этот метод имеет ограниченное применение для изготовления специальных приборов из высокоомного кремния.
3. Завершающие операции при производстве микросхем , Скрабирование
По завершении операций по формированию приборов на пластине производится разделение пластины на малые кристаллы, содержащие единственный готовый прибор.
Изначально разделение пластины на отдельные кристаллы велось путём процарапывания её на глубину 2/3 от толщины пластины алмазным резцом с последующим раскалыванием по процарапанной линии. Этот принцип разделения дал название всей операции разделения пластин на кристаллы: «скрабирование» (или скрайбирование от англ. scribe — царапать).
В настоящее время скрабирование может выполняться как с прорезанием на полную толщину пластины с образованием отдельных кристаллов, так и на часть толщины пластины с последующим раскалыванием на кристаллы.
Скрабирование с некоторой натяжкой можно отнести к завершающим этапам планарной технологии.
Прорезание может выполняться различными путями:
- Скрабирование алмазным резцом — процарапывание пластины вдоль одной из кристаллографических осей для последующего разламывания по рискам подобно тому, как действуют при резке стекла. Так на кремниевых подложках разломы лучше всего получаются по плоскостям спайности. В настоящее время метод является устаревшим и практически не используется;
- Раскалывание локальным термоударом (применяется мало);
- Резка кольцевой пилой с
внешней
режущей кромкой: установка похожа на установку для резки слитка на пластины, но диаметр диска значительно меньше и режущая кромка выступает за зажимы не более чем на полторы глубины риски. Это сводит к минимуму биения и позволяет увеличить частоту вращения до 20-50тыс. оборотов в минуту. Иногда на ось надевают несколько дисков для одновременного создания нескольких рисок. Способ позволяет прорезать пластину всю толщину, но обычно используется для процарапывания с последующим раскалыванием. Химическое скрабирование — это скрабирование путём сквозного химического травления. Для проведения операции предварительно делается фотолитография с формированием окон на разделительных участках с обеих сторон пластины и вытравливаются разделительные области. Разновидностью данного метода является сквозное анизотропное травление, где используется разница в скорости травления в различных направлениях кристаллографических осей. Основные недостатки ограничивающие применение метода — сложность совмещения рисунка окон для травления обеих сторон пластины и боковое вытравливание кристаллов. Способ позволяет как протравить пластину на часть толщины, так и на всю толщину. Резка стальными полотнами или проволоками — полотна или проволока трутся о пластины, на место соприкосновения подается абразивная суспензия. Существует риск порчи готовых структур лопнувшим полотном или проволокой. Колебания состава суспензии, механические перекосы в оборудовании также могут приводить к появлению брака. Метод использовался в мелкосерийных производствах и лабораториях. Способ позволяет прорезать пластину всю толщину, но обычно используется для процарапывания с последующим раскалыванием. резка лазерным лучом: образование рисок происходит в результате испарения материала подложки сфокусированным лазерным лучом. Основной проблемой при использовании этого метода является защита готовых структур от капель расплавленного и конденсации на них испарённого материала подложки. Применение метода ограничивается толщиной пластин, а так как больший диаметр пластин требует большей толщины для сохранения требуемой жёсткости не всегда используется сквозное разделение (менее 100мкм — возможно резание, от 100 до 450мкм только скайбирование).
Металлургические процессы при сварке
... добавлен 14.05.2016 источник [Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/diplomnaya/metallurgicheskie-protsessyi-pri-svarke/ Металлургические процессы при сварке Особенности металлургической сварки. Тавровое соединения пластин. Металлургические процессы, протекающие в ванне жидкого металла под действием сварочного пламени: диссоциация газов ...
При сквозном разделении не требуется последующая ломка пластины на кристаллы. Не рекомендуется использовать данный метод для резки пластин, содержащих арсенид галлия из-за выделения высокотоксичных соединенй. В СССР для этого метода в основном использовались лазеры из алюмо-иттриевого граната и рубина. Наиболее перспективная (на 2006 г.) технология лазерной резки предусматривала использование при лазерной резке в качестве фокусирующего световода и одновременно хладагента тонкого шнура воды подаваемой под высоким давлением (http://www. synova. ch )
После прорезания рисок пластины разделяют на кристаллы. Существует три основных метода:
Метод подпружиненного ролика: пластину укладывают в полиэтиленовый пакет и размещают на толстом упругом резиновом основании рисками вниз и оператор прокатывает вдоль рисок подпружиненным роликом. Качество разламывания зависит от того на сколько направление движения ролика параллельно рискам, при отклонении возможно раскалывание не по рискам и порча кристаллов. Разламывание на полусфере: пластины обжимаются эластичной мембраной по сферической поверхности. На мембрану давят либо гидравлическим способом, либо сжатым воздухом. При разделении этим способом пластин диаметром более 76 мм резко увеличивается процент брака. Прокатка между двумя цилиндрическими валиками. Пластина на липкой ленте-носителе сжимают стальным и резиновым валиком, которые вращаются, в результате деформации упругого резинового валика к пластине прикладывается изгибающее усилие.
Крепление кристаллов к корпусу
После скрабирования кристаллы присоединяют к основанию корпуса:
методом приклеивания — используются клеи на основе эпоксидной смолы. со временем деградирует: хуже проводит тепло, становится хрупкой, соединение становится непрочным. Данный метод в настоящее время не используется. метод эвтектического сплавления: на керамическое основание корпуса и на обратную сторону пластины перед разделением на кристаллы наносится тонкий слой золота. В месте крепления кристалла помещается золотая фольга, кристалл кладут на основание корпуса, подогревают до 380° (температура эвтектики системы кремний-золото 385°) и прикладывают вертикальное усилие. Высокая стоимость позволяет использовать метод только для схем спецназначения. при герметизации пластмассой кристаллы с приваренной арматурой размещают на ленте-носителе. соединение стёклами — ввиду сложности подбора стекла с низкой температурой размягчения и температурным коэффициентом линейного расширения, соответствующим используемым материалам данный метод для тонкоплёночной технологии малопригоден (годится для гибридныx и толстоплёночных интегральных схем) метод «перевёрнутого кристалла» — при использовании объёмных выводов одновременно подсоединяются и кристалл и все выводы.
Сварка с трением перемешиванием
... труб, соединения стержней и трубы с плоской поверхностью. 2.1 Машинная сварка трением Машины для сварки трением обычно содержат следующие основные ... изделия, соединяли эти пластины между собой, т.е. применяли один из видов сварки - холодную сварку,- сварка металлов в холодном ... Применялась сварка и при ремонте клепаных конструкций (рамы паровозов, корпуса судов) когда доступ, по крайней мере, с одной ...
Присоединение выводов к кристаллу
методы присоединения выводов:
термокомпрессионная сварка ультразвуковая сварка косвенного импульсного нагрева сварка сдвоенным электродом лазерная точечная сварка электронно-лучевая сварка беспроволочный монтаж элементов с объёмными выводами
Герметизация кристалла
методы герметизации — выбор метода зависит от материала и формы корпуса. Корпуса бывают герметичные(металло-стеклянные, металло-керамические, керамические, стеклянные) и негерметичные (пластмассовые, керамические).
сварка: холодная сварка; электроконтактная сварка: контурная, роликовая, микроплазменная, аргонно-дуговая, лазерная, электронно лучевая; пайка: конвективная в печах, струёй горячего газа; склеивание; герметизация пластмассой.
Тестирование
При тестировании контролируется качество крепления выводов, а также устойчивость приборов(кроме негерметичных) к экстремальным климатическим условиям на стенде тепла и влаги и механическим воздействиям на ударном и вибростенде, а также их электрические свойства. После тестирования приборы окрашивают и маркируют.
Примечания
«Цифровые интегральные схемы. Методология проектирования.»=»Digital Integrated Circuits» 2-е изд, 2007 ISBN 1116-2 стр 75
5. Литература по теме
[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/planarnaya-tehnologiya/
